Закон всемирного тяготения (формула)

Что такое закон всемирного тяготения Вес Невесомость

Все тела взаимно притягиваются. Это явление называется гравитацией, а поле, через посредство которого осуществляется это взаимодействие тел, — гравитационным полем.

Количественная характеристика этого явления была установлена Ньютоном (закон всемирного тяготения): сила F взаимного притяжения двух материальных точек прямо пропорциональна их массам m₁ и m₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r² между ними:

Формула закона всемирного тяготения

F = γ((m₁m₂)/r₂)

где коэффициент пропорциональности γ называется гравитационной постоянной. В системе СГС γ = 6,67• 10^-8 см³/г•сек², в системе СИ γ = 6,67 • 10^-11 м³/кг•сек².

Гравитационное поле земли обусловливает силу тяжести тел, т. е. силу, с которой все тела притягиваются к земле. Сила тяжести в отличие от всех других сил в природе сообщает телам ускорение, g независящее от их массы.

Если пренебречь поправкой, которую вносит вращение земли вокруг оси, ускорение свободного падения тел зависит только от массы земли и ее радиуса, точнее — расстояния между центрами масс данного тела и земли, при этом оно убывает примерно на 0,003 м/сек² на 1км высоты тела над поверхностью земли (уровнем моря).

Что такое вес тела

Сила, с которой тело под действием тяжести на опору, называется весом тела. В первом приближении можно считать вес равным силе тяжести. При более точных расчетах необходимо учитывать влияние на вес тела наличия центростремительной силы, действующей на тело в связи с вращением земли вокруг оси, а также некоторое отклонение земли от шаровой формы.

Не вдаваясь в подробности, укажем, что в связи с этим ускорение g свободного падения зависит от широты местности и составляет (на уровне моря): на полюсе g = 9,83 м/сек², на экваторе g= 9,78 м/сек². За нормальное ускорение принимается округленно g = 9,81 м/сек².

Что такое невесомость

Состояние механической системы, при котором отсутствуют взаимные давления частей системы, обусловленные в обычных условиях действием силы тяжести, называется невесомостью. Если на лифте, опускающемся со значительным ускорением, укреплены пружинные весы, на которых определяется вес тела, то чем больше ускорение, тем меньше будет давление тела на чашку весов, тем меньший вес тела покажут весы.

Это будет частичная невесомость. Если ускорение лифта а равно ускорению g свободного падения, то лифт, чашка весов и тело двигаются с одинаковым ускорением. Поэтому тело уже не давит на чашку весов и последние покажут отсутствие веса тела. Это и есть невесомость тела.

Соответствующий опыт показан на рис. 2. В жесткой рамке О на пружине П подвешен груз Р. Пружина растянута (рис. 2, а).Указатель У соответствует длине пружины П без груза. При свободном падении рамки (рис. 2, б) пружина П сокращается до своей первоначальной длины.

Невесомость имеет место и для тел, находящихся внутри искусственного спутника земли (или космического корабля) в период его установившегося движения на орбите. Все эти тела движутся под действием силы тяжести, являющейся для них центростремительной силой, не оказывая взаимного давления друг на друга или на корпус спутника.

Человеческий организм приспособился к определенному расположению и взаимному давлению внутренних органов, связанному с действием на них силы тяжести. Поэтому состояние невесомости этих органов является для организма необычным и без соответствующей тренировки может вызывать нарушения его нормальной деятельности. С этим приходится считаться, например, при космических полетах.