На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила тяжести — сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела.
Силой тяжести называют силу, с которой Земля притягивает тело, находящееся на ее поверхности или вблизи этой поверхности.
Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле
Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.
Даже, если тело движется вверх, сила тяжести направлена вертикально вниз.
Вес тела
Вес тела - это сила, с которой тело вследствие своего притяжения к земле действует на опору или подвес. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести - сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Сила тяжести действует на тело. Вес - результат взаимодействия с опорой. Вес - это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же - сила, которая приложена на опору (не на предмет)!
Весом тела называют силу, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.
Направление и точка приложения.
Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой Р.
Вес не является силой какой-то специфической природы. Это название присвоено частному случаю проявления силы упругости. Вес действует непосредственно на чашку пружинных весов и растягивает пружину; под действием этой силы поворачивается коромысло рычажных весов.
Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.
Сила реакции опоры (сила упругости) и вес - силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены.
Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость - состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!
Вес тела зависит от ускорения, с которой движется платформа. Этой особенностью он и отличается от силы тяжести.
а) P1 = mg б) P2 > mg (тело испытывает перегрузки). в) Р3 < mg.
Обратите внимание, вес - сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: "Сколько ты весишь"? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!
Сила реакции опоры
Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы "говорит" реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, "сопротивляются".
Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например, карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры. Сила нормальной реакции — сила, действующая на тело со стороны опоры (или подвеса).
Специальной формулы
для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой
, но эта сила
просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как
.
Направление и точка приложения.
Сила приложена в
точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.
Согласно третьему закону Ньютона, модуль силы нормальной реакции
равен модулю веса
тела Р, но их вектора — коллинеарные противоположно направленные:
.
Расставим все силы, действующие на тело, лежащее на опоре.
Контрольное задание.
Составить план обобщенного характера изучения величин.
План изучения величин: Сила тяжести, Вес тела, Сила реакции опоры
|
1. Какое явление и свойство тел (веществ) характеризует данная величина. |
|
|
2. Определение величины. |
|
|
3. Определительная формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими). |
|
|
4. Какая величина – скалярная или векторная Рисунок. |
|
|
5. Единица величины в СИ. |
|
|
6. Способы измерения величины |
|
Доказательство зависимости веса тела от ускорения движения платформы
Рассмотрим движение тела в лифте и докажем, что вес тела зависти от ускорения.
Вес тела численно равен силе реакции опоры.
Согласно второму закону Ньютона:
а) если а = 0, то P1 = mg
б) в проекции на ось У при движении лифта вверх, запишем:
ma = - m∙g +N, так как N = P, то ma = - m∙g + P, или P = m∙(g + a),
P2 > mg
В) в случае движения лифта вниз, ускорение направленно вниз, тогда вес равен:
-ma = m∙g - N, так как N=P, то P = m∙(g – a), Р3 < mg.
Примеры решения задач:
Задача 1. Космическая ракета при старте с поверхности Земли движется вертикально с ускорением 20 м/с2. Найти вес летчика-космонавта в кабине, если его масса 80 кг.
Задачи для самостоятельного решения
1. Спортсмен с парашютом покидает планер, скоростью которого можно пренебречь. Парашют резко раскрывается через 2с.
1) Найти длину падения спортсмена с закрытым парашютом и скорость его в момент раскрытия парашюта. Сопротивлением воздуха на сложенный парашют можно пренебречь
2) Подсчитать предельную скорость падения спортсмена, зная, его масса 70кг. Сопротивление воздуха при раскрытом парашюте пропорциональна скорости падения Fс =kv, k = 34,3 кг/с.
2. Лифт Останкинской телевизионной башни разгоняется до скорости 7 м/с в течение 15 с. Столько же времени занимает и остановка лифта. На сколько изменяется вес человека массой 80 кг в начале и конце движения лифта?
3. С каким ускорением a1 надо поднимать гирю, чтобы ее вес увеличился вдвое? С каким ускорением а2 надо ее опускать, чтобы вес уменьшился вдвое?
Домашнее задание:
1. На сколько уменьшается сила тяжести, действующая на самолет Ту-154 массой 90 т, при полете на высоте 11 км, где ускорение свободного падения равно 9,77 м/с2. Ускорение свободного падения на поверхности Земли считать равным 9,81 м/с2.
2. На верхней смотровой площадке Останкинской телевизионной башни ускорение свободного падения на 0,1 см/с2 меньше, чем у ее основания. На сколько уменьшается сила тяжести, действующая на человека массой 80 кг, при подъеме его на верхнюю смотровую площадку?