Definiția 1
Forța de greutate este considerată a fi aplicată centrului de greutate al unui corp, determinată prin agățarea corpului cu un fir din diferitele sale puncte. În acest caz, punctul de intersecție al tuturor direcțiilor care sunt marcate de fir va fi considerat centrul de greutate al corpului.
Conceptul de gravitație
În fizică, gravitația este considerată a fi o forță care acționează asupra oricărui corp fizic situat în apropierea suprafeței pământului sau a altui corp astronomic. Forța gravitațională de pe suprafața planetei, prin definiție, va consta în atracția gravitațională a planetei, precum și forța centrifugă de inerție provocată de rotația zilnică a planetei.
Alte forțe (de exemplu, atracția Soarelui și Lunii) datorită micii lor nu sunt luate în considerare sau sunt studiate separat în formatul modificărilor temporare ale câmpului gravitațional al Pământului. Forța gravitației conferă o accelerație egală tuturor corpurilor, indiferent de masa lor, reprezentând în același timp o forță conservatoare. Se calculează pe baza formulei:
$\vec (P) = m\vec(g)$,
unde $\vec(g)$ este accelerația transmisă corpului de gravitație, desemnată ca accelerație a gravitației.
Pe lângă gravitație, corpurile care se mișcă în raport cu suprafața Pământului sunt, de asemenea, afectate direct de forța Coriolis, care este o forță utilizată în studierea mișcării unui punct material în raport cu un cadru de referință rotativ. Atașarea forței Coriolis la forțele fizice care acționează asupra unui punct material va face posibilă luarea în considerare a efectului rotației sistemului de referință asupra unei astfel de mișcări.
Formule importante de calcul
Conform legii gravitației universale, forța de atracție gravitațională care acționează asupra unui punct material cu masa sa $m$ pe suprafața unui corp astronomic simetric sferic cu masa $M$ va fi determinată de relația:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, unde:
- $G$-constantă gravitațională,
- $R$ este raza corpului.
Această relație se dovedește a fi valabilă dacă presupunem o distribuție sferică simetrică a masei pe volumul corpului. Apoi, forța de atracție gravitațională este direcționată direct spre centrul corpului.
Modulul forței inerțiale centrifuge $Q$ care acționează asupra unei particule de material este exprimat prin formula:
$Q = maw^2$, unde:
- $a$ este distanța dintre particulă și axa de rotație a corpului astronomic care este luat în considerare,
- $w$ este viteza unghiulară a rotației sale. În acest caz, forța centrifugă de inerție devine perpendiculară pe axa de rotație și îndreptată departe de aceasta.
În format vectorial, expresia forței centrifuge de inerție se scrie după cum urmează:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, unde:
$\vec (R_0)$ este un vector perpendicular pe axa de rotație, care este tras de la aceasta până la punctul material specificat situat lângă suprafața Pământului.
În acest caz, forța gravitațională $\vec (P)$ va fi echivalentă cu suma $\vec (F)$ și $\vec (Q)$:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
Legea Atractiei
Fără prezența gravitației, originea multor lucruri care acum ni se par naturale ar fi imposibilă: de exemplu, nu ar exista avalanșe care coboară din munți, curgeri de râuri sau ploi. Atmosfera Pământului poate fi menținută numai prin gravitație. Planetele cu o masă mai mică, de exemplu, Luna sau Mercur, și-au pierdut întreaga atmosferă într-un ritm destul de rapid și au devenit lipsite de apărare împotriva fluxurilor de radiații cosmice agresive.
Atmosfera Pământului a jucat un rol decisiv în procesul de formare a vieții pe Pământ, ei. Pe lângă gravitație, Pământul este afectat și de forța gravitațională a Lunii. Datorită proximității sale (la scară cosmică), fluxul și refluxul mareelor este posibil pe Pământ, iar multe ritmuri biologice coincid cu calendarul lunar. Prin urmare, gravitația trebuie privită ca o lege utilă și importantă a naturii.
Nota 2
Legea atracției este considerată universală și poate fi aplicată oricăror două corpuri care au o anumită masă.
Într-o situație în care masa unui corp care interacționează se dovedește a fi mult mai mare decât masa celui de-al doilea, vorbim de un caz special de forță gravitațională, pentru care există un termen special, cum ar fi „gravitație”. Este aplicabil problemelor concentrate pe determinarea forței gravitaționale pe Pământ sau pe alte corpuri cerești. Când înlocuim valoarea gravitației în formula celei de-a doua legi a lui Newton, obținem:
Aici $a$ este accelerația gravitației, forțând corpurile să se străduiască unul spre celălalt. În problemele care implică utilizarea accelerației gravitaționale, o astfel de accelerație este notă cu litera $g$. Folosind propriul său calcul integral, Newton a reușit să demonstreze matematic concentrația constantă a gravitației în centrul unui corp mai mare.
Nu am înțeles lecția de fizică și nu știu să determin gravitația!
Răspuns
Gravitația este proprietatea corpurilor cu masă de a se atrage reciproc. Corpurile care au masă sunt întotdeauna atrase unul de celălalt. Atracția corpurilor cu mase foarte mari la scară astronomică creează forțe semnificative care fac lumea așa cum o cunoaștem.
Forța gravitațională este cauza gravitației pământului, care face ca obiectele să cadă spre el. Datorită forței gravitației, Luna se rotește în jurul Pământului, Pământului și altor planete în jurul Soarelui, iar sistemul solar în jurul centrului Galaxiei.
În fizică, gravitația este forța cu care un corp acționează asupra unui suport sau suspensie verticală. Această forță este întotdeauna îndreptată vertical în jos.
F este forța cu care acționează corpul. Se măsoară în newtoni (N).
m este masa (greutatea) corpului. Măsurată în kilograme (kg)
g este accelerația datorată gravitației. Se măsoară în newtoni împărțit la kilograme (N/kg). Valoarea sa este constantă și în medie pe suprafața pământului este de 9,8 N/kg.
Cum se determină forța de atracție?
Exemplu:
Fie masa valizei de 15 kg, apoi pentru a găsi forța de atracție a valizei către Pământ vom folosi formula:
F= m*g = 15*9,8 = 147 N.
Adică forța de atracție a valizei este de 147 de newtoni.
Valoarea lui g pentru planeta Pământ nu este aceeași - la ecuator este de 9,83 N/kg, iar la poli 9,78 N/kg. Prin urmare, luăm valoarea medie pe care am folosit-o pentru calcul. În industria aerospațială sunt folosite valori precise pentru diferite regiuni ale planetei și, de asemenea, li se acordă atenție în sport, atunci când antrenează sportivii pentru a participa la competiții din alte țări.
Informații istorice: celebrul fizician englez Isaac Newton a fost primul care a calculat g și a derivat formula gravitației, sau mai precis formula forței cu care un corp acționează asupra altor corpuri. În onoarea lui este numită unitatea de măsură a forței. Există o legendă că Newton a început să exploreze problema gravitației după ce un măr i-a căzut în cap.
Este necesar să se cunoască punctul de aplicare și direcția fiecărei forțe. Este important să poți determina ce forțe acționează asupra corpului și în ce direcție. Forța se notează ca , măsurată în Newtoni. Pentru a face distincția între forțe, acestea sunt desemnate după cum urmează
Mai jos sunt principalele forțe care operează în natură. Este imposibil să inventezi forțe care nu există atunci când rezolvi probleme!
Există multe forțe în natură. Aici luăm în considerare forțele care sunt luate în considerare la cursul de fizică școlară atunci când studiem dinamica. Sunt menționate și alte forțe, care vor fi discutate în alte secțiuni.
Gravitaţie
Fiecare corp de pe planetă este afectat de gravitația Pământului. Forța cu care Pământul atrage fiecare corp este determinată de formula
Punctul de aplicare este în centrul de greutate al corpului. Gravitaţie întotdeauna îndreptată vertical în jos.
Forța de frecare
Să ne familiarizăm cu forța de frecare. Această forță apare atunci când corpurile se mișcă și două suprafețe intră în contact. Forța apare deoarece suprafețele, atunci când sunt privite la microscop, nu sunt atât de netede pe cât par. Forța de frecare este determinată de formula:
Forța se aplică în punctul de contact a două suprafețe. Dirijată în direcția opusă mișcării.
Forța de reacție la sol
Să ne imaginăm un obiect foarte greu întins pe o masă. Masa se îndoaie sub greutatea obiectului. Dar conform celei de-a treia legi a lui Newton, masa acționează asupra obiectului cu exact aceeași forță ca și obiectul de pe masă. Forța este îndreptată opus forței cu care obiectul apasă pe masă. Adică sus. Această forță se numește reacție la sol. Numele forței „vorbește” suportul reactioneaza. Această forță apare ori de câte ori există un impact asupra suportului. Natura apariției sale la nivel molecular. Obiectul părea să deformeze poziția și conexiunile obișnuite ale moleculelor (în interiorul tabelului), ele, la rândul lor, se străduiesc să revină la starea lor originală, „rezist”.
Absolut orice corp, chiar si unul foarte usor (de exemplu, un creion intins pe o masa), deformeaza suportul la nivel micro. Prin urmare, are loc o reacție la sol.
Nu există o formulă specială pentru a găsi această forță. Este notat cu litera , dar această forță este pur și simplu un tip separat de forță de elasticitate, deci poate fi de asemenea notat ca
Forța se aplică în punctul de contact al obiectului cu suportul. Dirijate perpendicular pe suport.
Deoarece corpul este reprezentat ca punct material, forța poate fi reprezentată din centru
Forță elastică
Această forță apare ca urmare a deformării (modificarea stării inițiale a substanței). De exemplu, atunci când întindem un arc, creștem distanța dintre moleculele materialului de arc. Când comprimăm un arc, îl micșorăm. Când ne răsucim sau ne deplasăm. În toate aceste exemple, apare o forță care previne deformarea - forța elastică.
legea lui Hooke
Forța elastică este îndreptată opus deformației.
Deoarece corpul este reprezentat ca punct material, forța poate fi reprezentată din centru
La conectarea arcurilor în serie, de exemplu, rigiditatea este calculată folosind formula
Când sunt conectate în paralel, rigiditatea
Rigiditatea probei. Modulul Young.
Modulul lui Young caracterizează proprietățile elastice ale unei substanțe. Aceasta este o valoare constantă care depinde numai de material și de starea sa fizică. Caracterizează capacitatea unui material de a rezista la deformare la tracțiune sau compresiune. Valoarea modulului lui Young este tabelară.
Citiți mai multe despre proprietățile solidelor.
Greutatea corporală
Greutatea corporală este forța cu care un obiect acționează asupra unui suport. Tu spui, aceasta este forța gravitației! Confuzia apare în următoarele: într-adevăr, adesea greutatea unui corp este egală cu forța gravitației, dar aceste forțe sunt complet diferite. Gravitația este o forță care apare ca urmare a interacțiunii cu Pământul. Greutatea este rezultatul interacțiunii cu suportul. Forța de greutate se aplică la centrul de greutate al obiectului, în timp ce greutatea este forța care se aplică suportului (nu obiectului)!
Nu există o formulă pentru determinarea greutății. Această forță este desemnată prin scrisoare.
Forța de reacție a suportului sau forța elastică apare ca răspuns la impactul unui obiect asupra suspensiei sau suportului, prin urmare greutatea corpului este întotdeauna aceeași numeric cu forța elastică, dar are direcția opusă.
Forța de reacție a suportului și greutatea sunt forțe de aceeași natură conform legii a 3-a a lui Newton, sunt egale și direcționate opus; Greutatea este o forță care acționează asupra suportului, nu asupra corpului. Forța gravitației acționează asupra corpului.
Greutatea corporală poate să nu fie egală cu gravitația. Poate fi mai mult sau mai puțin, sau poate fi ca greutatea să fie zero. Această condiție se numește imponderabilitate. Imponderabilitate este o stare în care un obiect nu interacționează cu un suport, de exemplu, starea de zbor: există gravitație, dar greutatea este zero!
Este posibil să determinați direcția de accelerație dacă determinați unde este direcționată forța rezultantă
Vă rugăm să rețineți că greutatea este forță, măsurată în Newtoni. Cum să răspunzi corect la întrebarea: „Cât cântărești”? Răspundem 50 kg, nu denumindu-ne greutatea, ci masa noastră! În acest exemplu, greutatea noastră este egală cu gravitația, adică aproximativ 500N!
Supraîncărcare- raportul dintre greutate și gravitație
forța lui Arhimede
Forța apare ca urmare a interacțiunii unui corp cu un lichid (gaz), atunci când acesta este scufundat într-un lichid (sau gaz). Această forță împinge corpul afară din apă (gaz). Prin urmare, este îndreptat vertical în sus (împinge). Determinat prin formula:
În aer neglijăm puterea lui Arhimede.
Dacă forța lui Arhimede este egală cu forța gravitației, corpul plutește. Dacă forța lui Arhimede este mai mare, atunci se ridică la suprafața lichidului, dacă este mai mică, se scufundă.
Forțe electrice
Există forțe de origine electrică. Apare în prezența unei sarcini electrice. Aceste forțe, cum ar fi forța Coulomb, forța Ampere, forța Lorentz, sunt discutate în detaliu în secțiunea Electricitate.
Desemnarea schematică a forțelor care acționează asupra unui corp
Adesea un corp este modelat ca punct material. Prin urmare, în diagrame, diferite puncte de aplicare sunt transferate într-un singur punct - spre centru, iar corpul este reprezentat schematic ca un cerc sau dreptunghi.
Pentru a desemna corect forțele, este necesar să enumerați toate corpurile cu care interacționează corpul studiat. Determinați ce se întâmplă ca rezultat al interacțiunii cu fiecare: frecare, deformare, atracție sau poate respingere. Determinați tipul de forță și indicați corect direcția. Atenţie! Cantitatea de forțe va coincide cu numărul de corpuri cu care are loc interacțiunea.
Principalul lucru de reținut
1) Forțele și natura lor;
2) Direcția forțelor;
3) Să fie capabil să identifice forțele care acționează
Există frecări externe (uscate) și interne (vâscoase). Frecarea externă are loc între suprafețele solide care vin în contact, frecarea internă are loc între straturi de lichid sau gaz în timpul mișcării lor relative. Există trei tipuri de frecare externă: frecare statică, frecare de alunecare și frecare de rulare.
Frecarea de rulare este determinată de formulă
Forța de rezistență apare atunci când un corp se mișcă într-un lichid sau gaz. Mărimea forței de rezistență depinde de mărimea și forma corpului, de viteza de mișcare a acestuia și de proprietățile lichidului sau gazului. La viteze mici de mișcare, forța de rezistență este proporțională cu viteza corpului
La viteze mari este proporțională cu pătratul vitezei
Să luăm în considerare atracția reciprocă a unui obiect și a Pământului. Între ele, conform legii gravitației, apare o forță 
Acum să comparăm legea gravitației și forța gravitației 
Mărimea accelerației datorate gravitației depinde de masa Pământului și de raza acestuia! Astfel, este posibil să se calculeze cu ce accelerație vor cădea obiectele pe Lună sau pe orice altă planetă, folosind masa și raza acelei planete.
Distanța de la centrul Pământului la poli este mai mică decât până la ecuator. Prin urmare, accelerația gravitației la ecuator este puțin mai mică decât la poli. În același timp, trebuie remarcat faptul că principalul motiv pentru dependența accelerației gravitației de latitudinea zonei este faptul de rotație a Pământului în jurul axei sale.
Pe măsură ce ne îndepărtăm de suprafața Pământului, forța gravitației și accelerația gravitației se modifică invers proporțional cu pătratul distanței până la centrul Pământului.
Gravitația este forța cu care Pământul atrage un corp situat în apropierea suprafeței sale. .
Fenomenele gravitației pot fi observate peste tot în lumea din jurul nostru. O minge aruncată în sus cade, o piatră aruncată orizontal va ajunge la pământ după ceva timp. Un satelit artificial lansat de pe Pământ, datorită efectelor gravitației, nu zboară în linie dreaptă, ci se mișcă în jurul Pământului.
Gravitaţieîntotdeauna îndreptată vertical în jos, spre centrul Pământului. Este notat cu litera latină F t (T- greutate). Forța de greutate se aplică centrului de greutate al corpului.
Pentru a găsi centrul de greutate al unei forme arbitrare, trebuie să atârnați un corp pe un fir în diferitele sale puncte. Punctul de intersecție al tuturor direcțiilor marcate de fir va fi centrul de greutate al corpului. Centrul de greutate al corpurilor de formă regulată se află în centrul de simetrie al corpului și nu este necesar ca acesta să aparțină corpului (de exemplu, centrul de simetrie al unui inel).
Pentru un corp situat în apropierea suprafeței Pământului, forța gravitației este egală cu:
unde este masa Pământului, m- greutatea corporală, R- raza Pământului.
Dacă numai această forță acționează asupra corpului (și toate celelalte sunt echilibrate), atunci ea suferă cădere liberă. Accelerația acestei căderi libere poate fi găsită prin aplicarea celei de-a doua legi a lui Newton:
(2)
Din această formulă putem concluziona că accelerația gravitației nu depinde de masa corpului m, prin urmare, este la fel pentru toate corpurile. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, gravitația poate fi definită ca produsul dintre masa unui corp și accelerația acestuia (în acest caz, accelerația datorată gravitației g);
Gravitaţie, care acționează asupra corpului, este egal cu produsul dintre masa corpului și accelerația gravitației.
La fel ca cea de-a doua lege a lui Newton, formula (2) este valabilă numai în cadrele de referință inerțiale. Pe suprafața Pământului, sistemele de referință inerțiale pot fi doar sisteme asociate cu polii Pământului, care nu iau parte la rotația sa zilnică. Toate celelalte puncte de pe suprafața pământului se mișcă în cercuri cu accelerații centripete, iar sistemele de referință asociate acestor puncte sunt neinerțiale.
Datorită rotației Pământului, accelerația gravitației la diferite latitudini este diferită. Cu toate acestea, accelerația căderii libere în diferite regiuni ale globului variază foarte puțin și diferă foarte puțin de valoarea calculată prin formula
Prin urmare, în calculele brute, non-inerțialitatea sistemului de referință asociat cu suprafața Pământului este neglijată, iar accelerația căderii libere este considerată a fi aceeași peste tot.
Absolut toate corpurile din Univers sunt afectate de o forță magică care le atrage cumva către Pământ (mai precis spre miezul său). Nu există unde să scape, unde să te ascunzi de gravitația magică atotcuprinzătoare: planetele sistemului nostru solar sunt atrase nu numai de imensul Soare, ci și unele de altele, toate obiectele, moleculele și cei mai mici atomi sunt, de asemenea, atrase reciproc. . cunoscut chiar și copiilor mici, după ce și-a dedicat viața studiului acestui fenomen, a stabilit una dintre cele mai mari legi - legea gravitației universale.
Ce este gravitația?
Definiția și formula sunt cunoscute de mult timp de mulți. Să ne amintim că gravitația este o anumită cantitate, una dintre manifestările naturale ale gravitației universale și anume: forța cu care orice corp este invariabil atras de Pământ.
Gravitația este notă cu litera latină F gravitație.
Gravitație: formulă
Cum se calculează direcția către un anumit corp? Ce alte cantități trebuie să știi pentru asta? Formula de calcul a gravitației este destul de simplă se studiază în clasa a VII-a a unei școli medii, la începutul unui curs de fizică. Pentru a o învăța nu numai, ci și a o înțelege, ar trebui să plecăm de la faptul că forța gravitației, care acționează invariabil asupra unui corp, este direct proporțională cu valoarea sa cantitativă (masa).
Unitatea de gravitație este numită după marele om de știință - Newton.
Este întotdeauna îndreptată strict în jos, spre centrul miezului pământului, datorită influenței sale toate corpurile cad în jos la fel de accelerate. Observăm fenomenele gravitației în viața de zi cu zi peste tot și în mod constant:
- obiectele, eliberate accidental sau deliberat din mâini, cad în mod necesar pe Pământ (sau pe orice suprafață care împiedică căderea liberă);
- un satelit lansat în spațiu nu zboară departe de planeta noastră la o distanță nedeterminată perpendicular în sus, ci rămâne în rotație pe orbită;
- toate râurile curg din munți și nu pot fi întoarse înapoi;
- uneori o persoană cade și se rănește;
- pete mici de praf se depun pe toate suprafețele;
- aerul este concentrat aproape de suprafața pământului;
- genți greu de transportat;
- Ploaia picură din nori, zăpadă și grindină.
Alături de conceptul de „gravitație” se folosește termenul de „greutate corporală”. Dacă un corp este plasat pe o suprafață orizontală plană, atunci greutatea și gravitația sa sunt egale numeric, astfel încât aceste două concepte sunt adesea înlocuite, ceea ce nu este deloc corect.
Accelerarea gravitației
Conceptul de „accelerare a gravitației” (cu alte cuvinte, este asociat cu termenul „forță gravitațională”. Formula arată: pentru a calcula forța gravitațională, trebuie să înmulțiți masa cu g (accelerarea gravitației) .
„g” = 9,8 N/kg, aceasta este o valoare constantă. Cu toate acestea, măsurători mai precise arată că, datorită rotației Pământului, valoarea accelerației St. n. nu este același și depinde de latitudine: la Polul Nord = 9,832 N/kg, iar la ecuatorul fierbinte = 9,78 N/kg. Se pare că în diferite locuri de pe planetă, diferite forțe de gravitație sunt îndreptate către corpuri de masă egală (formula mg rămâne încă neschimbată). Pentru calcule practice, s-a decis să se permită erori minore în această valoare și să se utilizeze valoarea medie de 9,8 N/kg.
Proporționalitatea unei astfel de cantități precum gravitația (formula demonstrează acest lucru) vă permite să măsurați greutatea unui obiect cu un dinamometru (similar cu o afacere casnică obișnuită). Vă rugăm să rețineți că dispozitivul arată doar putere, deoarece valoarea g regională trebuie cunoscută pentru a determina greutatea corporală exactă.
Acționează gravitația la orice distanță (atât aproape cât și departe) de centrul pământului? Newton a emis ipoteza că acesta acționează asupra unui corp chiar și la o distanță semnificativă de Pământ, dar valoarea lui scade invers proporțional cu pătratul distanței de la obiect la nucleul Pământului.
Gravitația în Sistemul Solar
Există o definiție și o formulă cu privire la alte planete care rămân relevante. Cu o singură diferență în sensul „g”:
- pe Lună = 1,62 N/kg (de șase ori mai puțin decât pe Pământ);
- pe Neptun = 13,5 N/kg (de aproape o ori și jumătate mai mare decât pe Pământ);
- pe Marte = 3,73 N/kg (de peste două ori și jumătate mai puțin decât pe planeta noastră);
- pe Saturn = 10,44 N/kg;
- pe Mercur = 3,7 N/kg;
- pe Venus = 8,8 N/kg;
- pe Uranus = 9,8 N/kg (aproape la fel ca al nostru);
- pe Jupiter = 24 N/kg (de aproape două ori și jumătate mai mare).
