Сила невесомости


Сущность веса тела

Как известно из курса физики в 10 классе, любое тело, находящееся на Земле, испытывает действие силы тяжести. Однако далеко не в любом случае сила тяжести приводит к движению тела. В большинстве случаев на тело действует еще одна сила, уравновешивающая силу тяжести. Эта уравновешивающая сила называется реакцией опоры. Равнодействующая силы тяжести и реакции опоры равна нулю, поэтому тело покоится.

А согласно третьему закону Ньютона, раз существует сила реакции опоры, должна существовать равная ей сила, действующая на саму опору.

Вес тела

Рис. 1. Вес тела.

Особенности веса тела

Из приведенного определения можно выделить важные особенности веса тела, отличающего его от близких понятий.

  • Во-первых, вес — это сила. Этим он отличается от понятия «масса». Масса — это мера инертности тела, и она не зависит от того, есть ли у тела опора. Вес — это мера взаимодействия тел, без взаимодействия ее не будет.

  • Во-вторых, сила тяжести приложена к самому телу, а вес — к опоре.
  • В-третьих, сила тяжести зависит только от массы тела и от ускорения свободного падения. Вес же зависит от всех сил, приложенных к телу, в том числе от архимедовой силы (если тело находится в воздухе или в воде) и от силы инерции (если тело движется с ускорением).
  • В-четвертых, поскольку вес — это сила, с которой тело действует на опору, то без опоры не может быть веса.

Сила упругости

Рис. 2. Сила упругости.

Невесомость

Из четвертой из указанных особенностей следует, что если у тела нет опоры, то у него отсутствует вес, реакции опоры также нет. Говорят, что тело находится в состоянии невесомости. В таком состоянии отсутствует как вес, так и реакция опоры. Заметим, что масса тела и сила тяжести остаются прежними. Поэтому тело в состоянии невесомости будет двигаться равноускоренно по направлению действия силы тяжести.

Наиболее известный пример движения в невесомости — это движение космического корабля по орбите. Единственная сила, которая на него действует, — это сила тяжести. Она сообщает кораблю центростремительное ускорение, благодаря которому орбита имеет круговую или эллиптическую форму.


Однако, для исследования веса тела и невесомости не обязательно запускать космические корабли. Любое тело в начале падения движется без опоры, а значит, находится в состоянии невесомости. Правда, время нахождения в таком состоянии невелико. По мере набора скорости, на тело начинает действовать сила сопротивления воздуха, которая представляет собой опору, и у тела появляется вес.

Невесомость

Рис. 3. Невесомость.

Источник: obrazovaka.ru

Что такое невесомость — определение

При ответе на вопрос, что такое невесомость, многие с вспомнят про силу пр .
1080; космонавтам, которые чаще всех испытывают это чувство.

nevesomost2 - Что такое невесомость, интересные факты и как испытать чувство невесомости


Для обсуждения понятия невесомости предлагаю обсудить научную часть вопроса и физического явления. На планете Земля у предметов и живых существ действует сила притяжения (сила тяжести).
1058;аким образом, если предмет перемещается или находится в состоянии покоя, возникает давление силы тяжести предмета на поверхность.

Невесомость – это состояние тела, при котором сила взаимодействия с поверхностью существенна мала и не происходит давление друг на друга.
1063;асто при определении невесомости используют понятие гравитации или микрогравитации.

Интересные факты о невесомости и гравитации

Что мы с Вами знаем о невесомости, как можем охарактеризовать это явление?


Неудобства.

В настоящее время явление невесомости полностью изучено и не вызывает большого количества вопросов. У космонавтов до полета длительный период проходит подготовка организма к невесомости, и несмотря на это, отсутствие силы тяжести приводит организм в достаточно большой стресс.


Основное нарушение при явлении невесомости наблюдается в изменении давления жидкости в организме, особенно крови. Помимо этого, отсутствует привычная нагрузка на опорно-двигательный аппарат, что вызывает дискомфорт.
1055;осле доставки космонавта на космическую станцию, его организм некоторое время проходит период адаптации, несмотря на долгие месяцы подготовки перед полетом.

Влияние невесомости на организм

Обычно период адаптации организма проходит в течение 7-10 дней.
1042; результате космонавты из-за отсутствия силы тяжести теряют в весе, снижается работоспособность, а также повышается общая утомляемость организма. Также может измениться соотношение элементов в тканях. После длительного пребывания в космосе человек может стать на несколько сантиметров вследствие невесомости. В результате может произойти защемления нервов, появиться различные боли мышечного и суставного характера.

Питание.

На сегодняшний день питание у космонавтов очень разнообразное. Рацион питания составляют сублимированные продукты, упакованные в тубы из алюминия. Практически все питание находится в виде пюре. Рацион и тару продумывают таким образом, чтобы избежать крошек и их попадания в глаза. Печенья делают небольшими, чтобы не кусать, и сверху покрывают оболочкой.

nevesomost5 - Что такое невесомость, интересные факты и как испытать чувство невесомости

Способы испытать чувство невесомости в теории и на практике

Чувство невесомости полноценно можно испытать в космосе, но для этого нужно выбрать эту профессию и долгие годы готовится. Однако ощущение невесомости можно испытать и на Земле, хоть и незначительное.

На Земле невесомость можно смоделировать следующим способом. В экспериментальных целях и для тренировки космонавтом создавали состояние невесомости до 40 секунд с помощью специального самолета, который имел воздействие только силы земного притяжения. Траектория движения самолета проходит по параболе. Такие ощущения сейчас можно испытать и на специальных тренажерах, в парках аттракционов. Суть заключается в том, что резко набирается высота и также резко потом сбрасывается, вызывая ощущение свободного падения, невесомости.

nevesomost4 - Что такое невесомость, интересные факты и как испытать чувство невесомости

Подобные ощущения мы испытываем на рейсах гражданской авиации в период посадки самолета, а также в автомобиле, при резком перепаде движения сверху вниз.

Помимо этого, схожие ощущения можно получить, прыгая на батуте, находясь в воздухе от прыжка непосредственно перед падением вниз, в современных скоростных лифтах при резкой остановке на высоком этаже.

nevesomost3 - Что такое невесомость, интересные факты и как испытать чувство невесомости

Сейчас существуют специальные симуляторы невесомости, в которых Вы можете испытать это ощущение на борту специально оснащенного для этих нужд самолета ИЛ – 76. Это специальная лаборатория, предназначенная для испытания перегрузок, в том числе космонавтами перед полетами в космос. Во время полета, резко набирается высота и на высоте 8-9 км пилот выключает мощность двигателей, тем самым, позволяя самолету двигаться по инерции. Как раз, когда сила тяжести становится равна силе инерции, достигается невесомость. Во время полета группа испытывает на борту самолета несколько таких ощущений невесомости. Стоимость такого полета индивидуальна и может быть совмещена с экскурсией, космическим питанием и многим другим.

il76 - Что такое невесомость, интересные факты и как испытать чувство невесомости

Заключение

Явление невесомости, в основном, можно испытать находясь в космосе, но также мы периодически испытываем его в самолете, на аттракционе, в лифте и даже на батуте, хоть и длится оно буквально секунды.

Источник: vokrug-nas.ru

Масса

Масса обозначается символом (m ), является скалярной величиной и в СИ измеряется в килограммах.

Иногда массу в условии некоторых задач задают в граммах или, например, в тоннах. Чтобы перевести массу в килограммы, используют такие формулы:

[ large boxed{ begin{matrix} m = left( text{тонны} right) cdot 10^{3} left( text{кг}right) \ m = left( text{центнеры} right) cdot 10^{2} left( text{кг}right) \ m = left( text{граммы} right) cdot 10^{-3} left( text{кг}right) \ m = left( text{миллиграммы} right) cdot 10^{-6} left( text{кг}right) \ end{matrix}} ]

  • ( large text{(тонны)} ) – подставьте количество тонн вместо этой скобки;
  • ( large text{(центнеры)} ) – вместо этой скобки подставьте количество сотен килограммов;
  • ( large text{(граммы)} ) – подставьте количество граммов вместо этой скобки;
  • ( large text{(миллиграммы)} ) – вместо этой скобки подставьте количество миллиграммов;

От массы зависят инерционные и гравитационные свойства физических тел.

Масса в природе проявляет себя двумя способами. Поэтому, выделяют:

  1. массу инертную и
  2. массу гравитационную.

Инертная масса

Масса инертная влияет на способность тела двигаться по инерции. Такая масса используется в формуле второго закона Ньютона.

Пусть два тела находятся в инерциальной системе отсчета. Если какая-либо сила одинаково ускоряет эти тела, то они обладают одинаковой инертной массой. Здесь «одинаково ускоряет» следует понимать, как «сообщает одинаковые ускорения».

Гравитационная масса

Гравитационная масса определяет силу, с которой тело притягивается к другим телам. Эта масса используется в формуле закона всемирного тяготения.

Различные эксперименты показали, что инертная и гравитационная массы равны с высокой степенью точности. Поэтому, при изучении школьной физики можно просто говорить «масса», не уточняя, о какой именно массе идет речь.

Так же, масса входит в формулы для расчета импульса и механической энергии.

Массой обладают все макроскопические тела, а, так же, такие элементарные частицы, как протоны, нейтроны, электроны и т. д. Однако, существуют и частицы, у которых нет массы покоя, например – фотоны.

Примечание: Фотон – элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, движется со скоростью света, часто проявляет волновые свойства. Подробнее о фотонах вы узнаете в основах квантовой физики.

Сила тяжести

Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает к себе тело.

(large vec{F_{text{тяж}}} left(Hright) ) — сила тяжести, она действует на тело со стороны планеты (или другого крупного небесного тела, например, астероида, или звезды).

[large vec{F_{text{тяж}}} = m cdot vec{g}]

(large m left(text{кг}right) ) — масса тела;

(large vec{g} left(frac{text{м}}{c^{2}}right) ) — ускорение свободного падения, это не постоянная величина, она может меняться. Читайте подробнее о ускорении свободного падения .

Вес

Вес – это сила. Этой силой тело давит на опору, когда опирается на нее, или растягивает подвес, когда на нем висит.

Является векторной величиной и обозначается символом (vec{P} ).

(vec{P} left(Hright) ) – вес тела, как любая сила в СИ измеряется в Ньютонах.

Вес отличается от массы. Вес, как и любая сила, измеряется в Ньютонах, а масса измеряется в килограммах.

Когда тело опирается о горизонтальную поверхность, его вес равен по модулю силе реакции опоры по третьему закону Ньютона. Поэтому, в задачах для нахождения веса удобно вычислять силу (large vec{N}). Как только мы найдем реакцию опоры (large vec{N}), мы найдем вес тела, давящего на эту опору.

Примечание: Векторы равны по модулю, когда обладают одинаковыми длинами. Так как длина вектора обозначается числом, то физики о равных по модулю векторах сил могут сказать: силы численно равны.

Чем вес отличается от силы тяжести

Вес — это сила, принадлежащая телу. А сила тяжести — это сила, действующая на тело со стороны планеты, или любого другого (крупного) тела.

Что такое невесомость

Подбросим мяч вверх и рассмотрим свободный полет мяча. Пока он в полете, он не давит на опору и не растягивает подвес. Проще говоря, мяч находится в невесомости – то есть, не имеет веса.

Масса есть всегда, а вес может отсутствовать! Как убедимся чуть позже, одна и та же масса может обладать различным весом.

Как изменяется вес тела лифте

Давайте выясним, какой вес имеет тело, находящееся в покоящемся лифте, или в лифте, который будет двигаться вверх или вниз с ускорением, или без него.

Если скорость лифта не изменяется

Сначала рассмотрим покоящийся лифт (рис. 1а), либо движущийся вверх (рис. 1б), или вниз (рис. 1в) с неизменной скоростью.

Примечание: «неизменной», также, значит «постоянной», или «одной и той же».

По первому закону Ньютона, когда действие других тел скомпенсировано, тело, не меняющее свою скорость, находится в инерциальной системе отсчета.

Как видно из рисунка, взаимодействуют два объекта: тело и опора. Тело давит своим весом на опору, а опора отвечает телу (рис. 1) силой своей реакции.

Будем записывать для рассмотренных случаев рисунка 1 векторные силовые уравнения:

[ large N – m cdot g = 0 ]

А в этой статье подробно и с объяснениями написано о том, как составлять силовые уравнения (ссылка).

Прибавив к обеим частям уравнения величину ( m cdot vec{g} ), получим

[ large N = m cdot g ]

По третьему закону Ньютона, вес тела и реакция опоры направлены противоположно и равны по модулю. Поэтому, найдя силу реакции опоры, мы автоматически находим вес тела.

Воспользуемся тем, что ( left|vec{N} right|= left|vec{P} right|), получим

[ large boxed{ P = m cdot g }]

То есть, вес тела в покоящемся лифте, или движущемся вверх или вниз с неизменной скоростью, будет равен ( mg ). Если вектор скорости лифта не изменяется ни по направлению, ни по модулю, лифт можно считать инерциальной системой отсчета.

Если скорость лифта изменяется

Теперь выясним, каким весом будет обладать тело в лифте, движущемся с ускорением (рис. 2).

Примечание: Лифт, движущийся с ускорением, не является инерциальной системой отсчета. Читайте подробнее о инерциальных системах.

Запишем силовые уравнения. Для рисунка 2а, уравнение выглядит так:

[ large N – m cdot g = m cdot a ]

А для рисунка 2б, так:

[ large N – m cdot g = — m cdot a ]

Прибавим теперь к обеим частям уравнений величину ( m cdot g ), получим:

( large N = m cdot a + m cdot g ) – для случая рис. 2а;

( large N = — m cdot a + m cdot g ) – для рис. 2б;

Вынесем массу за скобки

( large N = m cdot left( a + g right) ) – для рис. 2а;

( large N = m cdot left( -a + g right) ) – для рис. 2б;

Учтем, что ( left|vec{N} right|= left|vec{P} right|), окончательно запишем

Для рисунка 2а — движение лифта вверх с ускорением:

[ large boxed{ P = m cdot left( g + a right) }]

Вес тела в движущемся с ускорением вверх лифте, будет равен ( m cdot left( g + a right) ), то есть, превышает величину ( m cdot g ).

Когда лифт движется вниз с ускорением (рис. 2б), вес тела, наоборот — уменьшается:

[ large boxed{ P = m cdot left( g — a right) }]

Напомним, что вес в покоящемся, или движущемся вверх или вниз с неизменной скоростью лифте, в точности равен ( m cdot g ).

Вес тела в движущемся вниз с ускорением лифте, равен ( m cdot left( g — a right) ), это меньше величины ( m cdot g ).

А если при движении вниз ускорение лифта ( vec{a} ) сравняется с ускорением ( vec{g} ), то груз перестанет давить на опору и наступит состояние невесомости, вес тела будет равен нулю.

Значит, одна и та же масса может обладать разным весом, мало того, в некоторых случаях вес вообще может отсутствовать. Масса есть всегда, а вес может отсутствовать!

Что такое перегрузка

Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что возникает перегрузка.

[ large boxed{ P > m cdot g }]

Когда говорят о перегрузке, принято сравнивать ускорение движения вверх с ускорением свободного падения (large vec{g}).

Например, при движении ракеты с ускорением вверх, космонавт может испытывать перегрузки до 7g. Это значит, что его вес увеличивается в 7 раз.

Первый космонавт мира — Юрий Гагарин, упоминал о перегрузке: «…какая-то сила вдавливает меня в кресло все больше и больше. … трудно пошевелить рукой или ногой…».

Подобным образом мы испытываем перегрузки в самолете во время взлета — эти перегрузки вдавливают нас в кресло. Правда, эти перегрузки значительно меньше, чем перегрузки летчиков — спортсменов, или военных, летчиков — космонавтов. Представители этих профессий тренируют свое тело для того, чтобы перегрузки легче переносить.

Подведем итоги

(P = m cdot g ) — вес тела в покоящемся или движущемся вверх или вниз с постоянной скоростью лифте.

( P = m cdot left( g + a right) ) — вес, когда лифт движется с ускорением вверх;

( P = m cdot left( g — a right) ) — вес в движущемся вниз с ускорением;

Если ускорение лифта при его движении вниз ( a = g ), наступит невесомость, вес тела исчезнет ( P = 0 ).

Источник: formulki.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.