Сила тяжести



Изучая свободное падение тел, мы отмечали, что любое достаточно тяжелое и малое по размерам тело, отпущенное из состояния покоя вблизи поверхности Земли, будет совершать свободное падение – двигаться с ускорением g относительно Земли. Напомним, что ускорение свободного падения направлено вертикально вниз, а его модуль принимается нами равным 10 м/с2.

Из повседневного опыта вы знаете, что для того, чтобы удерживать камень неподвижным относительно Земли, нужно приложить к нему определенную силу. Поскольку камень при атом остается неподвижным



в инерциальной системе отсчета, сумма действующих на него сил равна нулю. Как только камень будет отпущен, он начнет падать вертикально вниз с ускорением g, как показано на рис.

92. Так же начнет падать и грузик отвеса, если перерезать нить, на которой он подвешен (рис. 93). Основываясь на втором законе Ньютона и считая неподвижную относительно Земли систему отсчета инерциальной, можно объяснить падение тел следующим образом. После отпускания камня и перерезания нити отвеса компенсирующее действие руки на камень и нити подвеса на грузик прекратилось.

В результате каждое из этих тел начало двигаться

под действием некоторой силы. По второму закону Ньютона эта сила равна в каждом случае произведению массы тела на ускорение свободного падения. Эту силу называют силой тяжести.

действие силы тяжести

На любое тело массой m, находящееся вблизи поверхности Земли, всегда действует сила тяжести Fт = m – g. Направление силы тяжести совпадает с направлением ускорения свободного падения.

Из сказанного следует, что Свободное падение – это движение тела под действием только силы тяжести.

Действие силы тяжести связано с притяжением этого тела к Земле. Более подробно о происхождении силы тяжести мы будем говорить в старших классах. Здесь же отметим, что между любыми телами всегда действуют силы притяжения (тяготения).

Эти силы называют силами всемирного тяготения или гравитационными силами.

Все тела на Земле и во Вселенной притягиваются друг к другу. Почему же мы не ощущаем притяжения большинства тел? Почему, например, притяжение Земли чувствуется на каждом шагу, а даже громадные горы “притягивают” к себе разве что альпинистов?

Дело в том, что если подсчитать, какую долю от силы притяжения Земли, действующей на человека, составляет, например, сила притяжения Эвереста, то окажется, что она составляет около тысячной доли процента. Модули сил гравитационного взаимодействия двух взрослых людей, находящихся друг от друга на расстоянии одного метра, равны примерно 0,00000003 Н. Это очень маленькая величина. Огромными гравитационные силы становятся, когда они вызваны космическими объектами с очень большими массами.

Например, Земля и Луна за счет гравитационного взаимодействия притягиваются друг к другу с силами, модули которых равны примерно 2 – 1017 Н. За счет притяжения Земли Луна является спутником нашей планеты. А в результате притяжения Луны на Земле происходят морские приливы и отливы.

Силы гравитационного взаимодействия определяют движение небесных тел, заставляют звездные системы объединяться в галактики, а галактики – во Вселенную.

Итоги

На любое тело массой m, находящееся вблизи поверхности Земли, всегда действует сила тяжести Fт = m – g. Направление силы тяжести совпадает с направлением ускорения свободного падения (вертикально вниз).

Свободное падение – это движение тела под действием только силы тяжести.

Между любыми телами действуют гравитационные силы притяжения, называемые также силами тяготения.

На Земле действие силы тяжести на тело обусловлено гравитационным взаимодействием этого тела с Землей. Действием на данное тело гравитационных сил со стороны земных объектов можно пренебречь, так как по сравнению с гравитационным действием Земли оно чрезвычайно мало.

Вопросы

Что такое сила тяжести? Чему она равна? Приведите примеры действия силы тяжести. Чем вызвано действие силы тяжести на тело вблизи поверхности Земли? Дайте определение свободного падения. Как зависят силы гравитационного притяжения от масс взаимодействующих тел? Является ли движение приземляющегося парашютиста с открытым парашютом свободным падением? На какие четыре вопроса надо уметь отвечать, рассматривая силу?

Упражнения

Определите силу тяжести, действующую: а) на человека массой m = 100 кг; б) на автомобиль массой M = 1,5 т; в) на монету массой m = 5 г. Модуль ускорения свободного падения считайте равным g = 10 м/с2. Опишите действующую на вас силу тяжести, ответив на четыре вопроса, сформулированные во введении к этой главе. Чему равно ускорение Земли относительно совершающего свободное падение камня? Оцените ускорение Земли относительно инерциальной системы отсчета, вызванное действием на Землю свободно падающего камня массой m = 1 кг. Массу Земли считайте равной M = 6 – 1024 кг. Указания: система отсчета, связанная с Землей, в этой задаче не может считаться инерциальной. Поэтому задачу надо решать в ИСО, связанной не с Землей, а с каким-нибудь удаленным небесным телом (одной из звезд). Воспользуйтесь третьим законом Ньютона для взаимодействующих камня и Земли, затем воспользуйтесь вторым законом Ньютона для Земли.



Сила тяжести