Онлайн-урок №5 "Закон всемирного тяготения"

2. Закон всемирного тяготения (сила тяжести)

Закон всемирного тяготения – между любыми двумя материальными точка действует сила гравитационного притяжения прямо пропорциональная их массам и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. 

 – сила гравитационного притяжения, Н

Где ,  – массы взаимодействующих тел, кг

R – расстояние между центрами этих тел, м  

  – гравитационная постоянная

 – ускорение свободного падения на данной планете,  

 – ускорение свободного падения на высоте Н от поверхности планеты,  

 – сила тяжести (сила притяжения тел к планете у ее поверхности), Н

Движение искусственных спутников планет – это движение по замкнутым эллиптическим траекториям (орбитам) под действием гравитации планеты. При выводе спутника на орбиту, ему сообщается определенная скорость υ, далее его движение – это свободное падение на расстоянии  Rорб (радиус орбиты) от планеты.

  – скорость вращения спутника на орбите, 

Замечание.  – радиус орбиты, м

Понятие о космических скоростях:

1) Первая космическая скорость  – минимальная скорость, необходимая для выхода на малую орбиту Земли  ;

2) Вторая космическая скорость  – минимальная скорость, необходимая для выхода на орбиту Солнца;

3) Третья комическая скорость  – минимальная скорость необходимая для выхода за пределы Солнечной системы.

3. Сила нормальной реакции опоры и сила натяжения нити

Определение. Сила нормальной реакции опоры () – сила, с которой опора действует на тело, направленная от опоры и перпендикулярно ей.

 – на горизонтальной поверхности без перегрузок*, Н

Определение. Сила натяжения нити () – сила, с которой подвес действует на тело, направленная от тела вдоль подвеса.

 – на вертикальном подвесе без перегрузок*, Н

4. Вес. Перегрузка

Определение. Вес тела () – сила, действующая со стороны тела на опору или растягивающая подвес. 

 – на горизонтальной поверхности или на вертикальном подвесе без перегрузок*, Н

Замечание. На рисунках вектор , обозначающий вес, специально сдвинут в сторону, чтобы он не сливался с вектором силы тяжести .

Замечание. По III закону Ньютона в зависимости от случая:  или .

Замечание. При движении с ускорением опоры или подвеса, на которых находится тело, может наблюдаться эффект временного изменения веса тела, это явление принято называть перегрузкой.

 – измеряется в единицах

Где P – вес тела в данный момент времени, Н

Наиболее часто встречающиеся в задачах случаи перегрузок:

1. Подъем в лифте c ускорением (увеличение веса) / спуск с ускорением (уменьшение веса);

2. Движение по вогнутому мосту (увеличение веса) / выпуклому мосту (уменьшение веса);

3. Прохождение «мертвой петли» на самолете в ее нижней точке (увеличение веса) / в верхней точке (уменьшение веса).

Замечание. Во всех описанных случаях верны следующие формулы:

 – эффект временного увеличения веса, Н

 – эффект временного уменьшения веса, Н

Где m – масса рассматриваемого тела, кг

a – ускорение опоры или повеса, с которыми взаимодействует тело,  

Определение. Невесомость – состояние тела, при котором на него действует только сила тяжести. Следовательно, в невесомости тело не может взаимодействовать с опорой или подвесом, и вес тела равен нулю.

*Замечание. На значения силы нормальной реакции опоры, натяжения нити или веса кроме всего прочего влияют силы, действующие на тело так, что имеют ненулевую проекцию на ось, проходящую через силы,  или  соответственно. Однако такие случаи в задачах школьной программы встречаются нечасто, и эти силы тогда выражают с использованием записи второго закона Ньютона. Для простоты понимания изобразим рисунок, на котором сила N не будет равна mg на горизонтальной поверхности