Сила тяжести и вес тела. Движение тела под действием силы тяжести. Движение искусственных спутников

Пашикова Т.Д.

Преподователь кафедры общей физики

Туркменский государственный университет им. Махтумкули

(г. Ашхабад, Туркменистан)

Сила тяжести и вес тела. Движение тела под действием силы тяжести. Движение искусственных спутников

Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает к себе тела. Если масса Земли , масса тела , расстояние от центра Земли до тела , то сила тяжести в соответствии с законом всемирного тяготения равна:

(1)

Она сообщает телам ускорение свободного падения:

(2)

Из формулы (2) видно, что определяется только массой земли и расстоянием от центра Земли до тела . Поэтому ускорение свободного падения одинаково для всех тел независимо от их массы, как было установлено Галилеем.

Наша Земля – шар, приплюснутый с полюсов, поэтому различно на экваторе и на полюсе. 1) Из – за этого ускорения свободного падения на разных широтах немного отличаются друг от друга. 2) На ускорение свободного падения влияет суточное вращение Земли, оно зависит от географической широты местности. 3) На величину влияет и залегание плотных пород или пустот в данном месте Земли. Опыты показывают, что на полюсах , на экваторе , на средних широтах .

Сила тяжести , как и ускорение свободного падения , направлена всегда к центру Земли.

Точку приложения силы тяжести, действующей на тело, называют центром тяжести тела.

Приведем основные формулы для определения координаты, проекции перемещения и мгновенной скорости тела при движении под действием силы тяжести по вертикали.

1) При движении вниз с нулевой начальной скоростью (рис.1,а).

2) При движении вниз с начальной скоростью (рис.1,б).

3) При движении вверх с начальной скоростью (рис.1,в).

рис.1

Если сообщить телу такую большую скорость , что оно не упадет на Землю, а будет двигаться по окружности вокруг Земли, то оно становится ее искусственным спутником. Если сопротивление воздуха отсутствует, то это движение будет равномерным движением по окружности.

Поскольку на тело действует только сила тяжести, то она сообщает ему ускорение свободного падения ,направленное к центру Земли, а значит и к центру этой окружности. Поэтому одновременно является центростремительным ускорением или

(3)

Это и есть формула первой космической скорости.

рис.2

Скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось вокруг планеты по круговой орбите называют первой космической скоростью (рис.2).

Скорость, необходимую для преодоления притяжения Земли, называют второй космической скоростью.

Тело, запущенное с этой скоростью, превращается в искусственную планету и движется вокруг Солнца, т.е. превращается в искусственный спутник Солнца.

Силу, с которой тело вследствие притяжения Земли действует на опору или подвес, называют весом тела . Вес не является силой какой – то специфической природы. Это частный случай проявления силы упругости.

Вес тела можно представить наглядно с помощью механической модели кристалла (рис.3).

рис.3

При подвешивании тела в результате действия силы тяжести пружинки между шариками растягиваются, стремясь затем сократиться. Поэтому на подвес (на пружину) будет действовать упругая сила, направленная вниз. Вес тела определяется суммарной силой притяжения между атомами, возникающей вследствие растяжения тела под действием силы тяжести.

Вес тела на неподвижной опоре равен по модулю и направлению силе тяжести:

(4)

Аналогично определяется вес тела в любой инерциальной системе отсчета.

Нужно помнить, что сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу. Природа этих сил различна: – сила электромагнитной природы, – гравитационной.