Določanje sile teže, ki deluje na telo. Gravitacija, formule. Pomembne formule za izračun

Potrebno je poznati točko delovanja in smer vsake sile. Pomembno je, da lahko natančno določimo, katere sile delujejo na telo in v katero smer. Sila je označena kot , merjena v Newtonih. Da bi razlikovali med silami, jih označimo na naslednji način

Spodaj so glavne sile, ki delujejo v naravi. Pri reševanju problemov je nemogoče izumiti sile, ki ne obstajajo!

V naravi je veliko sil. Tu so sile, ki so upoštevane v šolski tečaj fizika pri preučevanju dinamike. Omenjene so tudi druge sile, o katerih bo govora v drugih razdelkih.

Gravitacija

Zemljina gravitacija vpliva na vsako telo na planetu. Silo, s katero Zemlja privlači vsako telo, določa formula

Točka uporabe je v težišču telesa. Gravitacija vedno usmerjen navpično navzdol.

Sila trenja

Spoznajmo silo trenja. Ta sila nastane, ko se telesa premikajo in prideta v stik dve površini. Sila nastane, ker površine, gledane pod mikroskopom, niso tako gladke, kot se zdijo. Sila trenja je določena s formulo:

Sila deluje na točki stika dveh površin. Usmerjeno v smeri, nasprotni gibanju.

Reakcijska sila tal

Predstavljajmo si zelo težak predmet, ki leži na mizi. Miza se upogne pod težo predmeta. Toda po tretjem Newtonovem zakonu miza deluje na predmet s popolnoma enako silo kot predmet na mizi. Sila je usmerjena nasprotno od sile, s katero predmet pritiska na mizo. Se pravi gor. Ta sila se imenuje reakcija tal. Ime sile "govori" podpora reagira. Ta sila se pojavi vedno, ko pride do udarca na oporo. Narava njegovega pojavljanja na molekularni ravni. Zdelo se je, da predmet deformira običajni položaj in povezave molekul (znotraj mize), te pa se trudijo vrniti v prvotno stanje, se "upirajo".

Absolutno vsako telo, tudi zelo lahko (na primer svinčnik, ki leži na mizi), deformira oporo na mikroravni. Zato pride do reakcije tal.

Za iskanje te sile ni posebne formule. Označena je s črko , vendar je ta sila preprosto ločena vrsta elastične sile, zato jo lahko označimo tudi kot

Sila deluje na točki stika predmeta s podporo. Usmerjen pravokotno na oporo.

Ker je telo predstavljeno kot materialna točka, lahko silo predstavljamo iz središča

Elastična sila

Ta sila nastane kot posledica deformacije (sprememba začetnega stanja snovi). Na primer, ko raztegnemo vzmet, povečamo razdaljo med molekulami materiala vzmeti. Ko vzmet stisnemo, jo zmanjšamo. Ko zasukamo ali premaknemo. V vseh teh primerih se pojavi sila, ki preprečuje deformacijo - elastična sila.

Hookov zakon

Prožnostna sila je usmerjena nasproti deformaciji.

Ker je telo predstavljeno kot materialna točka, lahko silo predstavljamo iz središča

Pri zaporedni povezavi vzmeti se na primer togost izračuna po formuli

Pri vzporedni povezavi je togost

Vzorčna togost. Youngov modul.

Youngov modul označuje elastične lastnosti snovi. to konstantna odvisno samo od materiala in njegovega agregatnega stanja. Označuje sposobnost materiala, da se upre natezni ali tlačni deformaciji. Vrednost Youngovega modula je tabelarična.

Več o nepremičninah trdne snovi.

Telesna teža

Teža telesa je sila, s katero predmet deluje na oporo. Pravite, to je isto gravitacija! Zmeda izvira iz naslednjega: telesna teža je namreč pogosto enako sili gravitacije, vendar so te sile popolnoma drugačne. Gravitacija je sila, ki nastane kot posledica interakcije z Zemljo. Teža je rezultat interakcije s podporo. Sila gravitacije deluje v težišču predmeta, medtem ko je teža sila, ki deluje na oporo (ne na predmet)!

Formule za določanje teže ni. Ta sila je označena s črko.

Reakcijska sila opore ali prožna sila nastane kot odziv na udarec predmeta na vzmetenje ali oporo, zato je teža telesa vedno številčno enaka prožni sili, vendar ima nasprotno smer.

Reakcijska sila opore in teža sta sili iste narave, po 3. Newtonovem zakonu sta enaki in nasprotno usmerjeni. Teža je sila, ki deluje na oporo, ne na telo. Na telo deluje sila gravitacije.

Telesna teža morda ni enaka gravitaciji. Lahko je več ali manj ali pa je teža enaka nič. To stanje se imenuje breztežnost. Breztežnost je stanje, ko predmet ne deluje z oporo, na primer stanje letenja: obstaja gravitacija, vendar je teža nič!

Smer pospeška je mogoče določiti, če ugotovite, kam je usmerjena rezultanta sile

Upoštevajte, da je teža sila, merjena v Newtonih. Kako pravilno odgovoriti na vprašanje: "Koliko tehtate"? Odgovorimo 50 kg, pri čemer ne navedemo teže, ampak maso! V tem primeru je naša teža enaka gravitaciji, torej približno 500N!

Preobremenitev- razmerje med težo in težo

Arhimedova sila

Sila nastane kot posledica interakcije telesa s tekočino (plinom), ko je telo potopljeno v tekočino (ali plin). Ta sila potisne telo iz vode (plin). Zato je usmerjen navpično navzgor (potisne). Določeno s formulo:

V zraku zanemarjamo Arhimedovo moč.

Če je Arhimedova sila enaka gravitacijski sili, telo lebdi. Če je Arhimedova sila večja, se dvigne na površino tekočine, če je manjša, se potopi.

Električne sile

Obstajajo sile električnega izvora. Pojavi se ob prisotnosti električnega naboja. Te sile, kot so Coulombova sila, Amperova sila, Lorentzova sila, so podrobno obravnavane v poglavju Elektrika.

Shematski prikaz sil, ki delujejo na telo

Pogosto je telo modelirano kot materialna točka. Zato se v diagramih različne točke uporabe prenesejo na eno točko - v središče, telo pa je shematično prikazano kot krog ali pravokotnik.

Za pravilno določitev sil je treba navesti vsa telesa, s katerimi preučevano telo deluje. Ugotovite, kaj se zgodi kot posledica interakcije z vsakim: trenje, deformacija, privlačnost ali morda odboj. Določite vrsto sile in pravilno navedite smer. Pozor! Količina sil bo sovpadala s številom teles, s katerimi pride do interakcije.

Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti

1) Sile in njihova narava;
2) Smer sil;
3) Znati prepoznati delujoče sile

Obstajata zunanje (suho) in notranje (viskozno) trenje. Zunanje trenje se pojavi med dotičnimi trdnimi površinami, notranje trenje pa med plastmi tekočine ali plina med njunim relativnim gibanjem. Poznamo tri vrste zunanjega trenja: statično trenje, drsno trenje in kotalno trenje.

Kotalno trenje se določi s formulo

Sila upora nastane, ko se telo premika v tekočini ali plinu. Velikost uporne sile je odvisna od velikosti in oblike telesa, hitrosti njegovega gibanja in lastnosti tekočine ali plina. Pri nizkih hitrostih gibanja je sila upora sorazmerna s hitrostjo telesa

Pri visokih hitrostih je sorazmeren s kvadratom hitrosti

Oglejmo si medsebojno privlačnost predmeta in Zemlje. Med njima po zakonu gravitacije nastane sila

Zdaj pa primerjajmo gravitacijski zakon in gravitacijsko silo

Velikost gravitacijskega pospeška je odvisna od mase Zemlje in njenega polmera! Tako je mogoče izračunati, s kakšnim pospeškom bodo predmeti padli na Luno ali kateri koli drug planet, z uporabo mase in polmera tega planeta.

Razdalja od središča Zemlje do polov je manjša kot do ekvatorja. Zato je gravitacijski pospešek na ekvatorju nekoliko manjši kot na polih. Hkrati je treba opozoriti, da je glavni razlog za odvisnost gravitacijskega pospeška od zemljepisne širine območja dejstvo, da se Zemlja vrti okoli svoje osi.

Ko se oddaljujemo od zemeljskega površja, se gravitacijska sila in gravitacijski pospešek spreminjata v obratnem sorazmerju s kvadratom razdalje do središča Zemlje.

Vpliva na popolnoma vsa telesa v vesolju magična moč, ki jih nekako pritegne k Zemlji (natančneje k njenemu jedru). Nikamor ne morete pobegniti, nikamor se skriti pred vseobsegajočo magično gravitacijo: planete našega osončja ne privlači le ogromno Sonce, ampak tudi drug drugega, medsebojno se privlačijo tudi vsi predmeti, molekule in najmanjši atomi. . poznajo celo majhni otroci, saj je svoje življenje posvetil preučevanju tega pojava, enega izmed največji zakoni- zakon univerzalna gravitacija.

Kaj je gravitacija?

Definicija in formula sta že dolgo znani mnogim. Spomnimo se, da je gravitacija določena količina, ena od naravnih manifestacij univerzalne gravitacije, in sicer: sila, s katero katero koli telo vedno privlači Zemlja.

Sila težnosti je označena latinska črka F težka

Gravitacija: formula

Kako izračunati smer proti določenemu telesu? Katere druge količine morate vedeti za to? Formula za izračun gravitacije je precej preprosta, preučujejo jo v 7. razredu srednja šola, na začetku tečaja fizike. Da bi se tega ne le naučili, ampak tudi razumeli, je treba izhajati iz dejstva, da je sila gravitacije, ki vedno deluje na telo, neposredno sorazmerna z njegovo kvantitativno vrednostjo (maso).

Enota gravitacije je poimenovana po velikem znanstveniku - Newtonu.

Vedno usmerjen naravnost navzdol, proti sredini zemeljsko jedro, zaradi njegovega vpliva vsa telesa enako pospešeno padajo. Pojavi gravitacije v vsakdanjem življenju Vidimo povsod in nenehno:

• predmeti, ki jih slučajno ali namerno spustijo iz rok, nujno padejo na Zemljo (ali na katero koli površino, ki preprečuje prosti pad);
• satelit, izstreljen v vesolje, ne odleti od našega planeta na neomejeno razdaljo pravokotno navzgor, ampak se še naprej vrti v orbiti;
• vse reke tečejo z gora in jih ni mogoče obrniti nazaj;
• včasih človek pade in se poškoduje;
• drobni delci prahu se usedejo na vse površine;
• zrak je koncentriran blizu površine zemlje;
• težko prenosljive torbe;
• dež kaplja iz oblakov, pada sneg in toča.

Skupaj s pojmom "gravitacija" se uporablja izraz "telesna teža". Če je telo postavljeno na ravno vodoravno površino, sta njegova teža in teža številčno enaki, zato se ta dva koncepta pogosto zamenjujeta, kar nikakor ni pravilno.

Gravitacijski pospešek

Pojem "pospešek gravitacije" (z drugimi besedami je povezan z izrazom "sila gravitacije". Formula kaže: da bi izračunali silo gravitacije, morate maso pomnožiti z g (pospešek gravitacije) .

"g" = 9,8 N/kg, to je konstantna vrednost. Natančnejše meritve pa kažejo, da je zaradi vrtenja Zemlje vrednost pospeška sv. n. ni enaka in je odvisna od zemljepisne širine: na severnem polu je = 9,832 N/kg, na vročem ekvatorju pa = 9,78 N/kg. Izkazalo se je, da na različnih mestih na planetu obstajajo telesa z enako maso, je smer gravitacije drugačna (formula mg ostaja nespremenjena). Za praktične izračune je bilo odločeno, da se pri tej vrednosti upoštevajo manjše napake in uporabi povprečna vrednost 9,8 N/kg.

Sorazmernost takšne količine, kot je gravitacija (formula to dokazuje), vam omogoča merjenje teže predmeta z dinamometrom (podobno kot pri navadnem gospodinjskem poslu). Upoštevajte, da naprava prikazuje le moč, saj je za določitev natančne telesne teže potrebna regionalna vrednost g.

Ali gravitacija deluje na kateri koli razdalji (tako blizu kot daleč) od zemeljskega središča? Newton je domneval, da deluje na telo tudi na precejšnji oddaljenosti od Zemlje, vendar se njegova vrednost zmanjšuje v obratnem sorazmerju s kvadratom razdalje od predmeta do Zemljinega jedra.

Gravitacija v sončnem sistemu

Ali obstaja definicija in formula glede drugih planetov, ki ostajajo pomembni. Z eno samo razliko v pomenu "g":

• na Luni = 1,62 N/kg (šestkrat manj kot na Zemlji);
• na Neptunu = 13,5 N/kg (skoraj enkrat in pol več kot na Zemlji);
• na Marsu = 3,73 N/kg (več kot dvainpolkrat manj kot na našem planetu);
• na Saturnu = 10,44 N/kg;
• na živem srebru = 3,7 N/kg;
• na Veneri = 8,8 N/kg;
• na Uranu = 9,8 N/kg (skoraj enako kot pri nas);
• na Jupitru = 24 N/kg (skoraj dvakrat in pol več).

Gravitacija je sila, s katero Zemlja privlači telo, ki se nahaja blizu njene površine. .

Pojave gravitacije lahko opazimo povsod po svetu okoli nas. Navzgor vržena žogica pade dol, vodoravno vržen kamen bo čez nekaj časa končal na tleh. Umetni satelit, izstreljen z Zemlje, zaradi učinkov gravitacije ne leti premočrtno, ampak se giblje okoli Zemlje.

Gravitacija vedno usmerjen navpično navzdol, proti središču Zemlje. Označuje se z latinsko črko F t (T- teža). Sila gravitacije deluje na težišče telesa.

Če želite najti težišče poljubne oblike, morate telo obesiti na nit na različnih točkah. Točka presečišča vseh smeri, označenih z nitjo, bo težišče telesa. Težišče teles pravilna oblika se nahaja v simetričnem središču telesa in ni nujno, da pripada telesu (npr. simetrično središče obroča).

Za telo, ki se nahaja blizu površine Zemlje, je gravitacijska sila:

kje je masa Zemlje, m- telesna teža, R- polmer Zemlje.

Če na telo deluje samo ta sila (in so vse ostale uravnotežene), potem pride do prostega pada. Pospešek tega prostega pada je mogoče najti z uporabo drugega Newtonovega zakona:

(2)

Iz te formule lahko sklepamo, da gravitacijski pospešek ni odvisen od mase telesa m, torej je za vsa telesa enaka. Po drugem Newtonovem zakonu lahko gravitacijo definiramo kot zmnožek mase telesa in njegovega pospeška (v tem primeru pospeška zaradi gravitacije g);

Gravitacija, ki deluje na telo, je enak zmnožku mase telesa in gravitacijskega pospeška.

Kot drugi Newtonov zakon tudi formula (2) velja le v inercialnih referenčnih sistemih. Na zemeljskem površju so lahko inercialni referenčni sistemi le sistemi, povezani z zemeljskima poloma, ki ne sodelujeta pri njenem dnevnem vrtenju. Vse druge točke zemeljsko površje gibljejo v krogih s centripetalnimi pospeški in referenčni sistemi, povezani s temi točkami, so neinercialni.

Zaradi vrtenja Zemlje je gravitacijski pospešek na različnih zemljepisnih širinah različen. Vendar se pospešek prostega pada v različnih delih sveta zelo malo razlikuje in se zelo malo razlikuje od vrednosti, izračunane po formuli

Zato se pri grobih izračunih zanemari neinercialnost referenčnega sistema, povezanega z zemeljsko površino, in šteje, da je pospešek prostega pada povsod enak.

Opredelitev

Pod vplivom sile gravitacije proti Zemlji vsa telesa padajo z enakimi pospeški glede na njeno površino.

Ta pospešek imenujemo gravitacijski pospešek in ga označujemo z: g. Njegova vrednost v sistemu SI velja za enako g = 9,80665 m/s 2 - to je tako imenovana standardna vrednost.

Zgoraj navedeno pomeni, da v referenčnem sistemu, ki je povezan z Zemljo, na vsako telo z maso m deluje sila, ki je enaka:

ki se imenuje gravitacija.

Če telo miruje na površju Zemlje, potem se sila težnosti uravnoteži z reakcijo vzmetenja ali opore, ki zadržuje telo pred padcem (telesna teža).

Razlika med gravitacijo in silo privlačnosti Zemlje Če smo natančni, je treba opozoriti, da se zaradi neinercialnosti referenčnega sistema, ki je povezan z Zemljo, sila težnosti razlikuje od sile privlačnosti Zemlje. Pospešek, ki ustreza orbitalnemu gibanju, je bistveno manjši od pospeška, ki je povezan z dnevnim vrtenjem Zemlje. Referenčni okvir, povezan z Zemljo, se vrti glede na inercialne okvire z kotna hitrost

=konst. Zato je treba pri obravnavanju gibanja teles glede na Zemljo upoštevati centrifugalno vztrajnostno silo (F in), ki je enaka:

kjer je m masa telesa, r je oddaljenost od Zemljine osi. Če telo ni visoko od površine Zemlje (v primerjavi s polmerom Zemlje), potem lahko domnevamo, da

kjer je R Z zemeljski polmer, je zemljepisna širina območja.

V tem primeru bo gravitacijski pospešek (g) glede na Zemljo določen z delovanjem sil: sila privlačnosti na Zemljo () in sila vztrajnosti (). V tem primeru je gravitacija rezultanta teh sil:

Ker sila gravitacije daje telesu z maso m pospešek enak , potem velja razmerje (1).

Razlika med gravitacijo in silo privlačnosti Zemlje je majhna. ker . Kot vsaka sila, gravitacija - vektorska količina

. Smer sile na primer sovpada s smerjo niti, ki jo razteza obremenitev, kar imenujemo smer nagiba. Sila je usmerjena proti središču Zemlje. To pomeni, da je tudi navpična črta usmerjena samo na poli in ekvator. Na drugih zemljepisnih širinah je kot odstopanja () od smeri proti središču Zemlje enak: Razlika med Fg -P je največja na ekvatorju in znaša 0,3 % velikosti sile Fg. Ker je sploščen blizu polov, potem ima F g nekaj variacij v širini. Na ekvatorju je torej za 0,2 % manj kot na polih. Posledično se pospešek g spreminja glede na zemljepisno širino od 9,780 m/s 2 (ekvator) do 9,832 m/s 2 (pol).

Glede na vztrajnostni referenčni sistem (na primer heliocentrični CO) se bo telo v prostem padu gibalo s pospeškom (a), ki je različen od g in je enak po velikosti:

in po smeri sovpada s smerjo sile.

Enote gravitacije

Osnovna gravitacijska enota SI je: [P]=H

V GHS: [P]=din

Primeri reševanja problemov

Primer

telovadba. Ugotovite, kolikokrat je sila težnosti na Zemlji (P 1) večja od sile težnosti na Luni (P 2).

rešitev. Gravitacijski modul je določen s formulo:

Če mislimo na silo težnosti na Zemlji, potem uporabimo m/s^2 kot gravitacijski pospešek. Za izračun sile gravitacije na Luni bomo s pomočjo referenčnih knjig ugotovili, da je gravitacijski pospešek na tem planetu enak 1,6 m/s^2.

Za odgovor na zastavljeno vprašanje je torej treba najti razmerje:

Naredimo izračune:

Odgovori.

Primer

telovadba. Dobite izraz, ki povezuje zemljepisno širino in kot, ki ga tvorita vektor gravitacije in vektor gravitacijske sile proti Zemlji.

rešitev. Kot, ki nastane med smerema sile privlačnosti na Zemljo in smerjo gravitacije, je mogoče oceniti z upoštevanjem slike 1 in uporabo sinusnega izreka. Slika 1 prikazuje: – centrifugalno vztrajnostno silo, ki nastane zaradi vrtenja Zemlje okoli svoje osi, – gravitacijsko silo, – privlačno silo telesa k Zemlji. Kot je zemljepisna širina območja na Zemlji.

Nisem razumel lekcije fizike in ne vem, kako določiti gravitacijo!

Odgovori

Gravitacija je lastnost teles z maso, da se privlačijo. Telesa, ki imajo maso, se vedno privlačijo. Privlačnost teles z zelo velikimi masami v astronomskem merilu ustvarja pomembne sile, ki naredijo svet takšnega, kot ga poznamo.

Sila težnosti je vzrok za zemeljsko gravitacijo, zaradi katere predmeti padajo proti njej. Zahvaljujoč gravitacijski sili se Luna vrti okoli Zemlje, Zemlja in drugi planeti pa okoli Sonca, sončni sistem— okoli središča galaksije.

V fiziki je gravitacija sila, s katero telo deluje na oporo ali navpično vzmetenje. Ta sila je vedno usmerjena navpično navzdol.

F je sila, s katero deluje telo. Izmeri se v newtonih (N).
m je masa (teža) telesa. Merjeno v kilogramih (kg)
g je pospešek prostega pada. Izmeri se v newtonih, deljenih s kilogrami (N/kg). Njena vrednost je konstantna in v povprečju nad zemeljsko površino znaša 9,8 N/kg.

Kako določiti silo privlačnosti?

primer:

Naj bo masa kovčka 15 kg, potem bomo za iskanje sile privlačnosti kovčka na Zemljo uporabili formulo:

F= m*g = 15*9,8 = 147 N.

To pomeni, da je sila privlačnosti kovčka 147 newtonov.

Vrednost g za planet Zemlja ni enaka – na ekvatorju znaša 9,83 N/kg, na polih pa 9,78 N/kg. Zato vzamemo povprečno vrednost, ki smo jo uporabili za izračun. Natančne vrednosti za različne regije planeta se uporabljajo v letalski in vesoljski industriji, pozornost pa jim posvečajo tudi v športu, ko trenirajo športnike za sodelovanje na tekmovanjih v drugih državah.

Zgodovinski podatek: slavni angleški fizik Isaac Newton je leta 1687 prvi izračunal g in izpeljal formulo za gravitacijo, natančneje formulo za silo, s katero telo deluje na druga telesa. V njegovo čast je poimenovana enota za merjenje sile. Obstaja legenda, da je Newton začel raziskovati vprašanje gravitacije, potem ko mu je jabolko padlo na glavo.