Закон всемирного тяготения (формулировка, формула, условия применимости формулы). Сила тяжести. Вес

Попытки объяснить строение Солнечной системы занимали умы многих великих людей.
После того, как Коперник
«поместил» Солнце в центр,
а все планеты «заставил»
обращаться вокруг него.
Особенно волновал вопрос:
что связывает планеты и
Солнце в единую систему?
Вспомним II ЗН
Ньютон связал силу с ускорением F=m*a.
Именно Солнце естественно считать причиной обращения вокруг него Земли и планет.

Но не только П притягиваются к С
С притягивается к П
П притягиваются к П.
Все тала Вселенной, как небесные, так и находящиеся на Земле, подвержены взаимному притяжению.
А мы наблюдаем это притяжение?
Почему?
Гравитационное взаимодействие – это взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу.

Оно осуществляется с помощью особого вида материи – гравитационного поля, существующего вокруг любого тела.
Особенность поля: всепроникающая способность
Гравитационный заряд характеризует взаимосвязь тел с гравитационным полем.
Гравитационный заряд любого тела равен численно его массе.

1642-1727
Исаак Ньютон
Получил выражение для силы тяготения в 1666 году, когда было ему 24 года.
По легенде, эта идея ему пришла после падения на него яблока в саду.

Когда Ньютон открыл Закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных тел, в том числе и точного значения массы Земли.
Неизвестно ему было и значение гравитационной постоянной G.
Неизвестным оно оставалось вплоть до 1798 года.

Малость G: хорошо или плохо?
Если бы G была больше в 100 раз, то время существования Звезд, Солнца, уменьшилось бы на столько, что разумная жизнь не успела бы зародиться.
Два человека массой по 60 кг, находящиеся на расстоянии друг от друга 1 метр притягиваются с силой
F≈ 10-9 Н

Сила тяжести
Вспомним, при каких условиях справедлив Закон Всемирного тяготения?
шар большого радиуса + материальная точка
Сила, с которой Земля притягивает находящиеся вблизи тела, называется силой тяжести (Fт)
Гравитационное поле Земли принято называть полем тяжести.

Вес тела –
это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес.
Р [P]=Н

Fт Р
Приложены к разным телам
к телу к опоре, подвесу
2. Различная природа сил
гравитационная сила сила упругости
Fт = mg P = mg
для любого тела для покоящегося тела
Отличие силы тяжести от веса тела

- это состояние тела, при котором его вес превышает силу тяжести.
«Я почувствовал,— вспоминал Гагарин,—
какая-то непреоборимая сила все больше
и больше вдавливает меня в кресло. И хотя
оно было расположено так, чтобы до
предела сократить влияние огромной тяжести,
наваливающейся на мое тело, было трудно пошевелить рукой и ногой...»
При перегрузке все тело сильнее давит на опору и отдельные части тела сильнее давят друг на друга.
Во время перегрузки у человека:
затрудняется дыхание,
ухудшается сердечная деятельность,
происходит перераспределение крови,
ее отлив или прилив к голове.
Поэтому переносить такие нагрузки сможет только натренированный и опытный астронавт.
Перегрузка

После включения ракетных двигателей и начала разгона, на астронавта действуют две силы:
одна из них - сила тяжести (Fт= mg)
и сила реакции опоры (N=ma).
Так как ускорение ракеты a направлено вверх, то преобладающей оказывается сила реакции опоры: N > mg.
Их равнодействующая F = N – mg по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение:
N – mg = ma, откуда
N = mg + ma.
Вес космонавта Р по третьему закону Ньютона равен по величине силе реакции N, поэтому вес астронавта
P= m ( g + a ).
Это обозначает, что он получает нагрузку в несколько раз большую, чем его масса.
Если космонавт испытывает n-кратную перегрузку, т.е. a=ng, то его вес P=m(g + ng) = mg(n + 1).
Т. е. вес космонавта увеличился в (n+1) раз.
При n-кратной перегрузке вес космонавта увеличивается в (n+1) раз.

Чем меньше время действия перегрузки, тем большую ее человек может перенести:
От 8g за 3с
до 5g за 12-15с (в вертикальном положении)
При мгновенном действии (0,1 с)
человек способен выдержать 20-кратные перегрузки.

После выключения двигателей, когда космический корабль выходит на орбиту вокруг Земли, его ускорение, как мы знаем, становится равным ускорению свободного падения: a = g. Точно такое же ускорение будет и у космонавта, находящегося внутри корабля. Это ускорение направлено вниз, к центру Земли, и поэтому теперь из двух сил N и mg, действующих на космонавта, преобладающей оказывается сила тяжести. Их равнодействующая F = mg – N по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение космонавта, т.е. mg. Поэтому mg – N = mg, откуда
N = 0.
Это означает, что опора никак не реагирует на присутствие космонавта. По третьему закону Ньютона такое возможно лишь в том случае, если и сам космонавт не оказывает никакого действия на свою опору, т. е. его вес равен нулю.
Невесомость – это состояние тела, при котором его вес равен нулю.

Следует помнить, что невесомость
означает отсутствие веса, а не массы.
Масса тела, находящегося в состоянии
невесомости, остается такой же, какой и была.
В состоянии невесомости все тела и их отдельные части перестают давить друг на друга. Космонавт при этом перестает ощущать собственную тяжесть; предмет, выпущенный из его пальцев, никуда не падает; маятник замирает в отклоненном положении; исчезает различие между полом и потолком. Все эти явления объясняются тем, что гравитационное поле сообщает всем телам в космическом корабле одно и то же ускорение. Именно поэтому выпущенный космонавтом предмет (без сообщения ему скорости) никуда не падает: ведь он не может ни «догнать» какую-нибудь стенку кабины, ни «отстать» от нее; все они — и предметы и стены — движутся с одинаковым ускорением.

Наряду с этим невесомость в условиях орбитального полета играет роль специфического раздражителя, действующего на организм человека. Она оказывает существенное влияние на многие его функции: слабеют мышцы и кости, организм обезвоживается и т. д. Однако все эта изменения, вызванные невесомостью, обратимы. С помощью лечебной физкультуры, а также лекарственных препаратов нормальные функции организма могут быть снова восстановлены.
В состоянии невесомости может находиться не только космонавт в орбитальной космической станции, но и любое свободно падающее (без вращения) тело. Чтобы испытать это состояние, достаточно совершить простой прыжок: между моментом отрыва от Земли и моментом приземления вы будете невесомы!