Любое тело находится в состоянии невесомости, если на него действуют только силы тяготения

Cилы в механике

В механике изучаются гравитационные силы и две разновидности электромагнитных сил – силы упругости и силы трения.

Сила всемирного тяготения.

Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Это закон всемирного тяготения, сформулированный окончательно Ньютоном в 1667году.

Гравитационные силы притяжения между телами вычисляются по формуле:

между телами, G – гравитационная постоянная.

Физический смысл G: из формулы находим . Отсюда следует, что гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей на тело массой 1кг со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между телами, равном 1м. [G]= .

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г.Кавендишем в 1798году с помощью прибора, называемого крутильными весами. G=6,67×10^-11Нм²/кг².

Закон справедлив для материальных точек, а также для расчёта сил притяжения между однородными шарами, расположенными на любых расстояниях.

Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает тело. Она сообщает телу ускорение свободного падения g. F=mg

Тело у поверхности Земли: mg=G g=G

в каждой точке у поверхности Земли направлено вертикально вниз (по отвесной прямой).

Сила тяжести равна по модулю силе тяготения только на полюсах.

Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на подвес или опору (горизонтальную). Р – условное обозначение.

Причина веса – деформация опоры или подвеса.

Вес существенно отличается от силы тяжести: 1) Это силы разной природы: mg – гравитационная сила, вес – упругая (электромагнитной природы). 2),ни приложены к разным телам: тяжести – к телу, вес – к опоре. 3)mg – в данном месте Земли постоянная величина и не зависит от характера движения тела; вес зависит от ускорения, с которым движется тело вместе с опорой и подвесом.

Р=mg, когда тело и опора или подвес покоятся или движутся с .

Невесомость – состояние тела, при котором в свободно движущемся теле исчезают деформации и взаимные давления.

Причина невесомостизаключается в том, что сила всемирного тяготения сообщает телу и его опоре одинаковое ускорение. , Р=0.

Любое тело находится в состоянии невесомости, если на него действуют только силы тяготения.

Движение ИСЗ. Расчёт первой космической скорости.

Первый в истории ИСЗ Земли был запущен в нашей стране 4 октября 1957г.

Вычислим, какой скоростью должен обладать искусственный спутник Земли, чтобы он двигался по круговой орбите на высоте h над поверхностью Земли. F_cопр.=0

,где М-масса Земли, m-масса спутника и R-радиус Земли. Эта сила сообщает спутнику центростремительное ускорение .

По второму закону Ньютона. Следовательно, отсюда . (1)

Скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли: чем больше эта высота, тем с меньшей скоростью он будет двигаться по круговой орбите. Эта скорость не зависит от массы спутника. Спутником Земли может стать любое, если ему сообщить на данной высоте направленную перпендикулярно радиусу Земли скорость, которая определяется формулой (1)

Скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно стало спутником планеты, называется первой космической скоростью.

У поверхности Земли h=0 и (2), т.к.g=G (3) (3)®(2) и получим формулу для расчета первой космической скорости для Земли V_I=

.

Скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно превратилось в спутник Солнца, называют второй космической скоростью. V_II»11,2км/с, тело движется по параболе. Если V>11,2км/с, то тело движется по гиперболе.

V_III»16,7км/с –третья космическая скорость, тело покидает пределы Солнечной системы, преодолев притяжение Солнца.

Все тела в ИС находится в невесомости, т.к. действует только сила всемирного тяготения.

2.Сила упругости. Сила упругости возникает при деформации тела и направлена в сторону, противоположную смещении частиц при деформации. Деформация – это изменение объёма или формы тела.

Природа упругих сил электрическая

Сила упругости перпендикулярна поверхности соприкосновения взаимодействующих сил. Силы упругости препятствуют изменению размеров и формы тела, они действуют в любом сечении деформированного тела, а также в месте его контакта с телом, вызывающем деформации.

Зависимость силы упругости от деформации установил экспериментально современник Ньютона английский учёныйРоберт Гук: (F_упр.)_x=-kx