Визначення силу тяжіння діє на тіло. Сила тяжіння, формули. Важливі формули для розрахунку

Необхідно знати точку прикладення і направлення кожної сили. Важливо вміти визначити які саме сили діють на тіло і в якому напрямку. Сила позначається як, вимірюється в Ньютона. Для того, щоб розрізняти сили, їх позначають у такий спосіб

Нижче представлені основні сили, що діють в природі. Придумувати неіснуючі сили при вирішенні завдань можна!

Сил у природі багато. Тут розглянуті сили, які розглядаються в шкільному курсі фізики при вивченні динаміки. А також згадані інші сили, які будуть розглянуті в інших розділах.

Сила тяжіння

На кожне тіло, що знаходиться на планеті, діє гравітація Землі. Сила, з якою Земля притягує кожне тіло, визначається за формулою

Точка прикладання знаходиться в центрі ваги тіла. Сила тяжіння завжди спрямована вертикально вниз.

Сила тертя

Познайомимося з силою тертя. Ця сила виникає при русі тіл і зіткненні двох поверхонь. Виникає сила в результаті того, що поверхні, якщо розглянути під мікроскопом, не є гладкими, як здаються. Визначається сила тертя по формулі:

Сила прикладена в точці зіткнення двох поверхонь. Направлена \u200b\u200bв сторону протилежну руху.

Сила реакції опори

Уявімо дуже важкий предмет, що лежить на столі. Стіл прогинається під вагою предмета. Але відповідно до третього закону Ньютона стіл впливає на предмет з точно такою ж силою, що і предмет на стіл. Сила спрямована протилежно силі, з якою предмет тисне на стіл. Тобто вгору. Ця сила називається реакцією опори. Назва сили "говорить" реагує опора. Ця сила виникає завжди, коли є вплив на опору. Природа її виникнення на молекулярному рівні. Предмет як би деформував звичне положення і зв'язку молекул (всередині столу), вони, в свою чергу, прагнуть повернутися до свого початкового стану, "чинять опір".

Абсолютно будь-яке тіло, навіть дуже легке (наприклад, олівець, що лежить на столі), на мікрорівні деформує опору. Тому виникає реакція опори.

Спеціальної формули для знаходження цієї сили немає. Позначають її буквою, але ця сила просто окремий вид сили пружності, тому вона може бути позначена і як

Сила прикладена в точці дотику предмета з опорою. Направлена \u200b\u200bперпендикулярно опорі.

Так як тіло представляємо у вигляді матеріальної точки, силу можна зображувати з центру

сила пружності

Це сила виникає в результаті деформації (зміни первісного стану речовини). Наприклад, коли розтягуємо пружину, ми збільшуємо відстань між молекулами матеріалу пружини. Коли стискаємо пружину - зменшуємо. Коли перекручуємо або зрушуємо. У всіх цих прикладах виникає сила, яка перешкоджає деформації - сила пружності.

закон Гука

Сила пружності спрямована протилежно деформації.

Так як тіло представляємо у вигляді матеріальної точки, силу можна зображувати з центру

При послідовному з'єднанні, наприклад, пружин жорсткість розраховується за формулою

При паралельному з'єднанні жорсткість

Жорсткість зразка. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризує пружні властивості речовини. Це постійна величина, що залежить тільки від матеріалу, його фізичного стану. Характеризує здатність матеріалу чинити опір деформації розтягування або стиснення. Значення модуля Юнга табличное.

Детальніше про властивості твердих тіл.

Вага тіла

Вага тіла - це сила, з якою предмет впливає на опору. Ви скажете, так це ж сила тяжіння! Плутанина відбувається в наступному: чи справді часто вага тіла дорівнює силі тяжкості, але це сили абсолютно різні. Сила тяжіння - сила, яка виникає в результаті взаємодії з Землею. Вага - результат взаємодії з опорою. Сила тяжіння прикладена в центрі ваги предмета, вага ж - сила, яка прикладена на опору (нема на предмет)!

Формули визначення ваги немає. Позначається ця сили буквою.

Сила реакції опори або сила пружності виникає у відповідь на вплив предмета на підвіс або опору, тому вага тіла завжди чисельно однаковий силі пружності, але має протилежний зміст.

Сила реакції опори і вага - сили однієї природи, згідно 3 закону Ньютона вони рівні і протилежно спрямовані. Вага - це сила, яка діє на опору, а не на тіло. Сила тяжіння діє на тіло.

Вага тіла може бути не дорівнює силі тяжіння. Може бути як більше, так і менше, а може бути і таке, що вага дорівнює нулю. Цей стан називається невагомістю. Невагомість - стан, коли предмет не взаємодіє з опорою, наприклад, стан польоту: сила тяжіння є, а вага дорівнює нулю!

Визначити напрямок прискорення можливо, якщо визначити, куди направлена \u200b\u200bрівнодіюча сила

Зверніть увагу, вага - сила, вимірюється в Ньютона. Як вірно відповісти на питання: "Скільки ти важиш"? Ми відповідаємо 50 кг, називаючи не вага, а свою масу! У цьому прикладі, наш вага дорівнює силі тяжіння, тобто приблизно 500 Н!

перевантаження - відношення ваги до сили тяжіння

сила Архімеда

Сила виникає в результаті взаємодії тіла з рідину (газом), при його зануренні в рідину (або газ). Ця сила виштовхує тіло з води (газу). Тому спрямована вертикально вгору (виштовхує). Визначається за формулою:

В повітрі силою Архімеда нехтуємо.

Якщо сила Архімеда дорівнює силі тяжіння, тіло плаває. Якщо сила Архімеда більше, то воно піднімається на поверхню рідини, якщо менше - тоне.

електричні сили

Існують сили електричного походження. Виникають при наявності електричного заряду. Ці сили, такі як сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, детально розглянуті в розділі Електрика.

Схематичне позначення діючих на тіло сил

Часто тіло моделюють матеріальною точкою. Тому на схемах різні точки прикладання переносять в одну точку - в центр, а тіло зображують схематично кругом або прямокутником.

Для того, щоб чітко позначити сили, необхідно перерахувати всі тіла, з якими досліджуваний тіло взаємодіє. Визначити, що відбувається в результаті взаємодії з кожним: тертя, деформація, тяжіння або може бути відштовхування. Визначити вид сили, чітко позначити напрямок. Увага! Кількість сил буде збігатися з числом тіл, з якими відбувається взаємодія.

головне запам'ятати

1) Сили і їх природа;
2) Напрям сил;
3) Вміти позначити діючі сили

Розрізняють зовнішнє (сухе) і внутрішнє (в'язке) тертя. Зовнішнє тертя виникає між дотичними твердими поверхнями, внутрішнє - між шарами рідини або газу при їх відносному русі. Існує три види зовнішнього тертя: тертя спокою, тертя ковзання і тертя кочення.

Тертя кочення визначається за формулою

Сила опору виникає при русі тіла в рідині або в газі. Величина сили опору залежить від розмірів і форми тіла, швидкості його руху і властивостей рідини або газу. При невеликих швидкостях руху сила опору пропорційна швидкості тіла

При великих швидкостях пропорційна квадрату швидкості

Розглянемо взаємне притягання предмета і Землі. Між ними, відповідно до закону гравітації виникає сила

А зараз порівняємо закон гравітації і силу тяжіння

Величина прискорення вільного падіння залежить від маси Землі і її радіусу! Таким чином, можна вирахувати, з яким прискоренням будуть падати предмети на Місяці або на інших планетах, використовуючи масу і радіус тієї планети.

Відстань від центру Землі до полюсів менше, ніж до екватора. Тому і прискорення вільного падіння на екваторі трохи менше, ніж на полюсах. Разом з тим, слід зазначити, що основною причиною залежності прискорення вільного падіння від широти місцевості, є факт обертання Землі навколо своєї осі.

При видаленні від поверхні Землі сила земного тяжіння і прискорення вільного падіння змінюються обернено пропорційно квадрату відстані до центру Землі.

Абсолютно на всі тіла у Всесвіті діє чарівна сила, Якимось чином притягує їх до Землі (точніше до її ядра). Нікуди не втекти, ніде не сховатися від всеосяжного магічного тяжіння: планети нашої Сонячної системи притягуються не тільки до величезного Сонця, а й один до одного, всі предмети, молекули і дрібні атоми також взаємно притягуються. відомий навіть маленьким дітям, присвятивши життя вивченню цього явища, встановив один з найбільших законів - закон всесвітнього тяжіння.

Що таке сила тяжіння?

Визначення і формула давно і багатьом відомі. Нагадаємо, сила тяжіння - це певна величина, одне з природних проявів всесвітнього тяжіння, а саме: сила, з якою будь-яке тіло незмінно притягується до Землі.

Сила тяжіння позначається латинською літерою F тяж.

Сила тяжіння: формула

Як обчислити спрямовану на певну тіло? Які інші величини необхідно знати для того? Формула розрахунку сили тяжіння досить проста, її вивчають в 7-му класі загальноосвітньої школи, На початку курсу фізики. Щоб її не просто вивчити, а й зрозуміти, слід виходити з того, що сила тяжіння, незмінно діє на тіло, прямо пропорційна його кількісної величиною (масі).

Одиниця сили тяжіння названа по імені великого вченого Ньютон.

Завжди спрямована строго вниз, до центру земного ядра, завдяки її впливу все тіла равноускоренно падають вниз. Явища тяжіння в повсякденному житті ми спостерігаємо повсюдно і постійно:

• предмети, випадково або спеціально випущені з рук, обов'язково падають вниз на Землю (або на будь-яку перешкоджає вільному падінню поверхню);
• запущений в космос супутник не відлітає від нашої планети на невизначений відстань перпендикулярно вгору, а залишається обертатися на орбіті;
• всі річки течуть з гір і не можуть бути звернені назад;
• буває, людина падає і травмується;
• на всі поверхні сідають найдрібніші порошинки;
• повітря зосереджений у поверхні землі;
• важко носити сумки;
• з хмар і хмар капає дощ, падає сніг, град.

Поряд з поняттям "сила тяжіння" використовується термін "вага тіла". Якщо тіло розташувати на рівній горизонтальній поверхні, то його вага і сила тяжіння чисельно рівні, таким чином, ці два поняття часто підміняють, що зовсім неправильно.

Прискорення вільного падіння

Поняття "прискорення вільного падіння" (інакше кажучи, пов'язано з терміном "сила тяжіння". Формула показує: для того щоб обчислити силу тяжіння, потрібно масу помножити на g (прискорення св. П.).

"G" \u003d 9,8 Н / кг, це постійна величина. Однак більш точні виміри показують, що через обертання Землі значення прискорення св. п. неоднаково і залежить від широти: на Північному полюсі воно \u003d 9,832 Н / кг, а на спекотному екваторі \u003d 9,78 Н / кг. Виходить, в різних місцях планети на тіла, що володіють рівній масою, Спрямована різна сила тяжіння (формула же mg все одно залишається незмінною). Для практичних розрахунків було прийнято рішення на незначні похибки цієї величини і користуватися середнім значенням 9,8 Н / кг.

Пропорційність такої величини, як сила тяжіння (формула доводить це), дозволяє вимірювати вагу предмета динамометром (схожий на звичайний побутовий бізмен). Зверніть увагу, що прилад показує тільки силу, так як для визначення точної маси тіла необхідно знати регіональне значення "g".

Чи діє сила тяжіння на будь-якому (і близькому, і далекому) відстані від земної центру? Ньютон висунув гіпотезу, що вона діє на тіло навіть при значній відстані від Землі, але її значення знижується обернено пропорційно квадрату відстані від предмета до ядра Землі.

Гравітація в Сонячній системі

Чи є Визначення і формула щодо інших планет зберігають свою актуальність. З однією лише різницею в значенні "g":

• на Місяці \u003d 1,62 Н / кг (в шість разів менше земного);
• на Нептуні \u003d 13,5 Н / кг (майже в півтора рази вище, ніж на Землі);
• на Марсі \u003d 3,73 Н / кг (більш ніж в два з половиною рази менше, ніж на нашій планеті);
• на Сатурні \u003d 10,44 Н / кг;
• на Меркурії \u003d 3,7 Н / кг;
• на Венері \u003d 8,8 Н / кг;
• на Урані \u003d 9,8 Н / кг (практично таке ж, як у нас);
• на Юпітері \u003d 24 Н / кг (майже в два з половиною рази вище).

Тяжкості називають силу, з якою Земля притягує до себе тіло, що знаходиться поблизу її поверхні .

Явища тяжіння можна спостерігати повсюдно в навколишньому світі. Підкинутий вгору м'яч падає вниз, кинутий в горизонтальному напрямку камінь через деякий час опиниться на землі. Запущений з Землі скусственний супутник завдяки чвленію тяжіння летить не по прямій, а рухається навколо Землі.

Сила тяжіння завжди спрямована вертикально вниз, до центру Землі. Вона позначається латинською буквою F т (т - тяжкість). Сила тяжіння прикладена до центру тяжіння тіла.

Щоб знайти центр ваги довільної форми треба підвісити тіло на нитки за різні його точки. Точка перетину всіх напрямків, зазначених ниткою, буде центром тяжіння тіла. Центр ваги тіл правильної форми знаходиться в центрі симетрії тіла, і необов'язково, щоб вона належала тілу (наприклад, центр симетрії кільця).

Для знаходиться поблизу поверхні Землі тіла сила тяжіння дорівнює:

де - маса Землі, m - маса тіла , R - радіус Землі.

Якщо на тіло діє тільки ця сила (а всі інші врівноважені), то воно здійснює вільне падіння. Прискорення цього вільного падіння можна знайти, застосувавши другий закон Ньютона:

(2)

З цієї формули можна зробити висновок, що прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла m, Отже, воно однаково для всіх тіл. Згідно з другим законом Ньютона, сила тяжіння може бути визначена як добуток маси тіла на прискорення (в даному випадку - прискорення вільного падіння g);

Сила тяжіння, Що діє на тіло, дорівнює добутку маси тіла на прискорення вільного падіння.

Як і другий закон Ньютона, формула (2) справедлива тільки в інерційних системах відліку. На поверхні Землі інерційних системах відліку можуть бути тільки системи, пов'язані з полюсами Землі, які не беруть участі в її добовому обертанні. Всі інші точки земної поверхні рухаються по колах з доцентровими прискореннями і пов'язані з цими точками системи відліку неінерціальна.

Через обертання Землі прискорення вільного падіння на різних широтах по-різному. Однак, прискорення вільного падіння в різних районах земної кулі різниться дуже мало і дуже мало відрізняються від значення, обчисленого за формулою

Тому при грубих розрахунках нехтують неінерціальносью системи відліку, пов'язаної з поверхнею Землі, і прискорення вільного падіння вважають всюди однаковим.

визначення

Під впливом сили тяжіння до Землі всі тіла падають з однаковими по відношенню до її поверхні ускорениями. Таке прискорення називають прискоренням вільного падіння і позначають: g. Його величина в системі СІ вважається рівною g \u003d 9,80665 м / с 2 - це так зване, стандартне значення.

Вищесказане означає те, що в системі відліку, яка зв'язується з Землею, на будь-який тіла володіє масою m діє сила рівна:

яка називається силою тяжіння.

Якщо тіло знаходиться в стані спокою на поверхні Землі, тоді сила тяжіння врівноважується реакцією підвісу або опори, яка утримує тіло від падіння (вага тіла).

Різниця між силою тяжіння і силою тяжіння до Землі

Якщо бути точним, то слід зауважити, що в результаті неінерціальна системи відліку, яка зв'язується з Землею, сила тяжіння відрізняється від сили тяжіння до Землі. Прискорення, яке відповідає руху по орбіті істотно менше, ніж прискорення, яке зв'язується з добовим обертанням Землі. Система відліку, пов'язана із Землею, здійснює обертання по відношенню до інерціальним системам з кутовий швидкістю \u003d Const. Тому в разі розгляду переміщення тіл по відношенню до Землі слід враховувати відцентрову силу інерції (F in), що дорівнює:

де m - маса тіла, r - відстань від осі Землі. Якщо тіло розташоване не високо від поверхні Землі (в порівнянні з радіусом Землі), то можна вважати, що

де R Z - радіус землі, - широта місцевості.

В такому випадку прискорення вільного падіння (g) по відношенню до Землі буде визначено дією сил: сили тяжіння до Землі () і сили інерції (). При цьому сила тяжіння - є результуюча цих сил:

Так як сила тяжіння повідомляє тіла, що володіє масою m прискорення рівне, то співвідношення (1) є справедливим.

Різниця між силою тяжіння і силою тяжіння до Землі невелика. Так як .

Як і будь-яка сила, сила тяжіння - векторна величина. Напрямок сили, наприклад, збігається з напрямком нитки, натягнутої вантажем, яке називають напрямком схилу. Сила спрямована до центру Землі. Значить, нитка схилу спрямована також тільки на полюсах і екваторі. На інших широтах кут відхилення () від напрямку до центру Землі становить величину, рівну:

Різниця між F g -P максимальна на екваторі, вона становить 0,3% від величини сили F g. Так як земну кулю є сплюсненим близько полюсів, то F g має деякі варіації за широтою. Так вона у екватора на 0,2% менше, ніж у полюсів. В результаті прискорення g змінюється з широтою від 9,780 м / с 2 (екватор) до 9,832 м / с 2 (полюса).

По відношенню до інерціальній системі відліку (наприклад, геліоцентричної СО) тіло у вільному падінні буде переміщатися з прискоренням (a) відрізняється від g, рівним по модулю:

і збігається за напрямком з напрямком сили.

Одиниці виміру сили тяжіння

Основною одиницею виміру сили тяжіння в системі СІ є: [P] \u003d H

В СГС: [P] \u003d дин

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання. Визначте у скільки разів величина сили тяжіння на Землі (P 1) більше, ніж сила тяжіння на Місяці (P 2).

Рішення. Модуль сили тяжіння визначається формулою:

Якщо мається на увазі сила тяжіння на Землі, то в якості прискорення вільного падіння використовуємо величину м / с ^ 2. Для обчислення сили тяжіння на Місяці знайдемо за допомогою довідників прискорення вільного падіння на цій планеті, воно дорівнює 1,6 м / с ^ 2.

Таким чином, для відповіді на поставлене запитання слід визначити ставлення:

Проведемо обчислення:

Відповідь.

приклад

Завдання. Отримайте вираз, яке пов'язує широту і кут, який утворюють вектор сили тяжіння і вектор сили тяжіння до Землі.

Рішення. Кут, який утворюється між напрямками сили тяжіння до Землі і напрямком сили тяжіння можна оцінити, якщо розглянути рис.1 і застосувати теорему синусів. На рис.1 зображені: - відцентрова сила інерції, яка виникає за рахунок обертання Землі навколо осі, - сила тяжіння, - сила тяжіння тіла до Землі. Кут - широта місцевості на Землі.

Я не зрозумів урок на фізиці і не знаю як визначити силу тяжіння!

відповідь

Сила тяжіння - це властивість тіл з масою притягатися один до одного. Тіла, які мають масу, завжди притягуються один до одного. Тяжіння тіл з дуже великими масами в астрономічних масштабах створює значні сили, завдяки яким світ є таким, яким ми його знаємо.

Сила тяжіння є причиною земного тяжіння, в результаті якого предмети падають на неї. Завдяки силі тяжіння Місяць обертається навколо Землі, Земля й інші планети - навколо Сонця, сонячна система - навколо центру Галактики.

У фізиці гравітація - це сила, з якою тіло діє на опору або вертикальний підвіс. Ця сила спрямована завжди вертикально вниз.

F - сила з якою діє тіло. Вимірюється в ньютонах (Н).
m - маса (вага) тіла. Вимірюється в кілограмах (кг)
g - прискорення вільного падіння. Вимірюється в ньютонах розділених на кілограм (Н / кг). Її величина постійна і в середньому по земній поверхні дорівнює 9,8 Н / кг.

Як визначити силу тяжіння?

приклад:

Нехай маса валізи дорівнює 15 кг, тоді щоб знайти силу тяжіння валізи до Землі скористаємося формулою:

F \u003d m * g \u003d 15 * 9,8 \u003d 147 Н.

Тобто сила тяжіння валізи складає 147 ньютонів.

Значення g для планети Земля неоднаково - на екваторі вона становить 9,83 Н / кг, а на полюсах 9,78 Н / кг. Тому і беруть середнє значення, яке ми використовували для розрахунку. Точні значення для різних регіонів планети використовують в авіакосмічній галузі, а також на них звертають уваги в спорті, при тренуваннях спортсменів для участі в змаганнях в інших країнах.

Історична довідка: вперше порахував g і вивів формулу сили тяжіння, а якщо точніше формулу сили з якої тіло діє на інші тіла, в 1687 році відомий англійський фізик Ісаак Ньютон. Саме в його честь і названа одиниця вимірювання сили. Існує легенда, що Ньютон почав досліджувати питання сили тяжіння після того, як йому впало на голову яблуко.