« ფიზიკა - მე-10 კლასი"
რატომ მოძრაობს მთვარე დედამიწის გარშემო?
რა მოხდება, თუ მთვარე გაჩერდება?
რატომ ბრუნავენ პლანეტები მზის გარშემო?
პირველ თავში დეტალურად იყო განხილული, რომ გლობუსი დედამიწის ზედაპირთან ახლოს მდებარე ყველა სხეულს ერთნაირ აჩქარებას ანიჭებს – თავისუფალი ვარდნის აჩქარებას. მაგრამ თუ გლობუსი სხეულს აჩქარებს, მაშინ ნიუტონის მეორე კანონის თანახმად, ის მოქმედებს სხეულზე გარკვეული ძალით. ძალა, რომლითაც დედამიწა მოქმედებს სხეულზე, ეწოდება გრავიტაცია. ჯერ ვიპოვოთ ეს ძალა და შემდეგ განვიხილოთ უნივერსალური მიზიდულობის ძალა.
მოდულის აჩქარება განისაზღვრება ნიუტონის მეორე კანონით:
ზოგადად, ეს დამოკიდებულია სხეულზე და მის მასაზე მოქმედ ძალაზე. ვინაიდან თავისუფალი ვარდნის აჩქარება არ არის დამოკიდებული მასაზე, ცხადია, რომ მიზიდულობის ძალა მასის პროპორციული უნდა იყოს:
ფიზიკური რაოდენობა არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება, ის მუდმივია ყველა სხეულისთვის.
F = მგ ფორმულის საფუძველზე შეგიძლიათ მიუთითოთ სხეულების მასების გაზომვის მარტივი და პრაქტიკულად მოსახერხებელი მეთოდი მოცემული სხეულის მასის მასის სტანდარტულ ერთეულთან შედარების გზით. ორი სხეულის მასების თანაფარდობა უდრის სხეულებზე მოქმედი მიზიდულობის ძალების თანაფარდობას:
ეს ნიშნავს, რომ სხეულების მასები ერთნაირია, თუ მათზე მოქმედი მიზიდულობის ძალები ერთნაირია.
ეს არის მასების განსაზღვრის საფუძველი ზამბარის ან სასწორის სასწორზე აწონით. იმის უზრუნველსაყოფად, რომ სხეულის წნევის ძალა სასწორზე, რომელიც ტოლია სხეულზე მიყენებული მიზიდულობის ძალის, დაბალანსებულია სხვა სასწორზე წონების ზეწოლის ძალით, რომელიც ტოლია წონებზე მიზიდულობის ძალის. , ამით ჩვენ განვსაზღვრავთ სხეულის მასას.
მიზიდულობის ძალა, რომელიც მოქმედებს მოცემულ სხეულზე დედამიწის მახლობლად, შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივი მხოლოდ გარკვეულ განედზე დედამიწის ზედაპირთან ახლოს. თუ სხეული აწევს ან გადაადგილდება სხვა გრძედი ადგილისკენ, მაშინ შეიცვლება თავისუფალი ვარდნის აჩქარება და, შესაბამისად, მიზიდულობის ძალა.
სიმძიმის ძალა.
ნიუტონი იყო პირველი, ვინც მკაცრად დაამტკიცა, რომ მიზეზი, რომელიც იწვევს დედამიწაზე ქვის დაცემას, მთვარის მოძრაობა დედამიწის გარშემო და პლანეტები მზის გარშემო, ერთი და იგივეა. Ეს არის გრავიტაციული ძალამოქმედებს სამყაროს ნებისმიერ სხეულს შორის.
ნიუტონი მივიდა დასკვნამდე, რომ რომ არა ჰაერის წინააღმდეგობა, მაშინ მაღალი მთიდან (ნახ. 3.1) გარკვეული სიჩქარით გადაგდებული ქვის ტრაექტორია შეიძლება გახდეს ისეთი, რომ იგი საერთოდ ვერასოდეს მიაღწევს დედამიწის ზედაპირს, არამედ მოძრაობენ მის გარშემო ისე, როგორც პლანეტები აღწერენ თავიანთ ორბიტას ცაში.
ნიუტონმა იპოვა ეს მიზეზი და შეძლო მისი ზუსტად გამოხატვა ერთი ფორმულის სახით - უნივერსალური მიზიდულობის კანონი.
ვინაიდან უნივერსალური მიზიდულობის ძალა ანიჭებს ყველა სხეულს ერთსა და იმავე აჩქარებას, მიუხედავად მათი მასისა, ის პროპორციული უნდა იყოს სხეულის მასისა, რომელზეც ის მოქმედებს:
”გრავიტაცია არსებობს ზოგადად ყველა სხეულისთვის და პროპორციულია თითოეული მათგანის მასის... ყველა პლანეტა მიზიდულობს ერთმანეთისკენ...” I. Newton
მაგრამ რადგან, მაგალითად, დედამიწა მთვარეზე მოქმედებს მთვარის მასის პროპორციული ძალით, მაშინ მთვარე, ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით, იგივე ძალით უნდა იმოქმედოს დედამიწაზე. უფრო მეტიც, ეს ძალა დედამიწის მასის პროპორციული უნდა იყოს. თუ გრავიტაციული ძალა მართლაც უნივერსალურია, მაშინ მოცემული სხეულის მხრიდან ნებისმიერ სხვა სხეულზე უნდა იმოქმედოს ამ სხვა სხეულის მასის პროპორციული ძალით. შესაბამისად, უნივერსალური მიზიდულობის ძალა პროპორციული უნდა იყოს ურთიერთმოქმედი სხეულების მასების ნამრავლის პროპორციული. აქედან გამომდინარეობს უნივერსალური მიზიდულობის კანონის ფორმულირება.
გრავიტაციის კანონი:
ორი სხეულის ურთიერთმიზიდულობის ძალა პირდაპირპროპორციულია ამ სხეულების მასების ნამრავლისა და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილის კვადრატისა:
პროპორციულობის ფაქტორი G ეწოდება გრავიტაციული მუდმივი.
გრავიტაციული მუდმივი რიცხობრივად უდრის მიზიდულობის ძალას ორ მატერიალურ წერტილს შორის თითო 1 კგ მასით, თუ მათ შორის მანძილია 1 მ. ბოლოს და ბოლოს, m 1 \u003d m 2 \u003d 1 კგ მასებით და მანძილით. r \u003d 1 მ, ვიღებთ G \u003d F (რიცხობრივად).
უნდა გვახსოვდეს, რომ უნივერსალური მიზიდულობის კანონი (3.4), როგორც უნივერსალური კანონი მოქმედებს მატერიალურ წერტილებზე. ამ შემთხვევაში გრავიტაციული ურთიერთქმედების ძალები მიმართულია ამ წერტილების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ (ნახ. 3.2, ა).
შეიძლება ნაჩვენები იყოს, რომ ბურთის ფორმის მქონე ჰომოგენური სხეულები (მაშინაც კი, თუ ისინი არ შეიძლება ჩაითვალოს მატერიალურ წერტილებად, ნახ. 3.2, ბ) ასევე ურთიერთქმედებენ (3.4) ფორმულით განსაზღვრულ ძალასთან. ამ შემთხვევაში, r არის მანძილი ბურთების ცენტრებს შორის. ორმხრივი მიზიდულობის ძალები დევს სწორ ხაზზე, რომელიც გადის ბურთების ცენტრებში. ასეთ ძალებს ე.წ მთავარი. სხეულები, რომელთა დაცემა დედამიწაზე ჩვეულებრივ მიგვაჩნია, გაცილებით მცირეა, ვიდრე დედამიწის რადიუსი (R ≈ 6400 კმ).
ასეთი სხეულები, მიუხედავად მათი ფორმისა, შეიძლება ჩაითვალოს მატერიალურ წერტილებად და მათი მიზიდულობის ძალა დედამიწაზე შეიძლება განისაზღვროს კანონის გამოყენებით (3.4), იმის გათვალისწინებით, რომ r არის მანძილი მოცემული სხეულიდან ცენტრამდე. Დედამიწა.
დედამიწაზე გადაგდებული ქვა გრავიტაციის მოქმედებით გადაიხრება სწორი ბილიკიდან და მრუდი ტრაექტორიის აღწერის შემდეგ საბოლოოდ დაეცემა დედამიწაზე. თუ მეტი სისწრაფით ჩააგდებ, უფრო დაეცემა“. ი.ნიუტონი
გრავიტაციული მუდმივის განმარტება.
ახლა მოდით გავარკვიოთ, როგორ შეგიძლიათ იპოვოთ გრავიტაციული მუდმივი. უპირველეს ყოვლისა, გაითვალისწინეთ, რომ G-ს აქვს კონკრეტული სახელი. ეს გამოწვეულია იმით, რომ უნივერსალური მიზიდულობის კანონში შემავალი ყველა რაოდენობის ერთეულები (და, შესაბამისად, სახელები) უკვე დადგენილია ადრე. გრავიტაციის კანონი იძლევა ახალ კავშირს ცნობილ სიდიდეებს შორის ერთეულების გარკვეული სახელებით. ამიტომ კოეფიციენტი გამოდის დასახელებული მნიშვნელობა. უნივერსალური მიზიდულობის კანონის ფორმულის გამოყენებით, ადვილია იპოვოთ გრავიტაციული მუდმივის ერთეულის სახელი SI- ში: N m 2 / kg 2 \u003d m 3 / (kg s 2).
G-ს რაოდენობრივად გასაზომად საჭიროა დამოუკიდებლად განვსაზღვროთ უნივერსალური მიზიდულობის კანონში შემავალი ყველა სიდიდე: როგორც მასები, ასევე ძალა და მანძილი სხეულებს შორის.
სირთულე იმაში მდგომარეობს, რომ მიზიდულობის ძალები მცირე მასის სხეულებს შორის ძალიან მცირეა. სწორედ ამ მიზეზით, ჩვენ ვერ ვამჩნევთ ჩვენი სხეულის მიზიდულობას მიმდებარე ობიექტებისადმი და ობიექტების ურთიერთმიზიდულობას ერთმანეთის მიმართ, თუმცა გრავიტაციული ძალები ყველაზე უნივერსალურია ბუნებაში არსებულ ძალებს შორის. ორი ადამიანი, რომელთა წონაა 60 კგ, ერთმანეთისგან 1 მ მანძილზე, იზიდავს მხოლოდ 10 -9 ნ ძალით. ამიტომ გრავიტაციული მუდმივის გასაზომად საჭიროა საკმაოდ დახვეწილი ექსპერიმენტები.
გრავიტაციული მუდმივი პირველად გაზომა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯ. კავენდიშმა 1798 წელს მოწყობილობის გამოყენებით, რომელსაც ტორსიონული ბალანსი ეწოდება. ბრუნვის ბალანსის სქემა ნაჩვენებია ნახაზზე 3.3. თხელ ელასტიურ ძაფზე დაკიდებულია მსუბუქი როკერი, ბოლოებში ორი იდენტური წონით. ორი მძიმე ბურთი უმოძრაოდ ფიქსირდება იქვე. გრავიტაციული ძალები მოქმედებს წონასა და უმოძრაო ბურთებს შორის. ამ ძალების გავლენის ქვეშ როკერი ბრუნავს და ახვევს ძაფს მანამ, სანამ მიღებული ელასტიური ძალა არ გახდება გრავიტაციული ძალის ტოლი. გადახვევის კუთხე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიზიდულობის ძალის დასადგენად. ამისათვის თქვენ მხოლოდ უნდა იცოდეთ ძაფის ელასტიური თვისებები. სხეულების მასები ცნობილია და ურთიერთმოქმედი სხეულების ცენტრებს შორის მანძილი შეიძლება პირდაპირ გაიზომოს.
ამ ექსპერიმენტებიდან მიღებული იქნა გრავიტაციული მუდმივის შემდეგი მნიშვნელობა:
G \u003d 6,67 10 -11 ნ მ 2 / კგ 2.
მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც უზარმაზარი მასის სხეულები ურთიერთქმედებენ (ან თუნდაც ერთ-ერთი სხეულის მასა ძალიან დიდია), გრავიტაციული ძალა აღწევს დიდ მნიშვნელობას. მაგალითად, დედამიწა და მთვარე ერთმანეთს იზიდავს F ≈ 2 10 20 N ძალით.
სხეულების თავისუფალი ვარდნის აჩქარების დამოკიდებულება გეოგრაფიულ განედზე.
გრავიტაციის აჩქარების გაზრდის ერთ-ერთი მიზეზი ეკვატორიდან პოლუსებზე სხეულის განლაგების წერტილის გადაადგილებისას არის ის, რომ გლობუსი გარკვეულწილად გაბრტყელებულია პოლუსებზე და მანძილი დედამიწის ცენტრიდან მის ზედაპირამდე. პოლუსები ნაკლებია ვიდრე ეკვატორზე. კიდევ ერთი მიზეზი არის დედამიწის ბრუნვა.
ინერციული და გრავიტაციული მასების თანასწორობა.
გრავიტაციული ძალების ყველაზე გასაოცარი თვისება არის ის, რომ ისინი აძლევენ ერთსა და იმავე აჩქარებას ყველა სხეულს, განურჩევლად მათი მასისა. რას იტყვით ფეხბურთელზე, რომლის დარტყმა თანაბრად აჩქარებს ჩვეულებრივ ტყავის ბურთს და ორ ფუნტ წონას? ყველა იტყვის, რომ ეს შეუძლებელია. მაგრამ დედამიწა სწორედ ასეთი "არაჩვეულებრივი ფეხბურთელია", ერთადერთი განსხვავებით, რომ მისი გავლენა სხეულებზე არ აქვს მოკლევადიანი ზემოქმედების ხასიათს, მაგრამ უწყვეტად გრძელდება მილიარდობით წლის განმავლობაში.
ნიუტონის თეორიაში მასა არის გრავიტაციული ველის წყარო. ჩვენ დედამიწის გრავიტაციულ ველში ვართ. ამავდროულად, ჩვენ ასევე ვართ გრავიტაციული ველის წყაროები, მაგრამ იმის გამო, რომ ჩვენი მასა დედამიწის მასაზე გაცილებით ნაკლებია, ჩვენი ველი გაცილებით სუსტია და მიმდებარე ობიექტები მასზე არ რეაგირებენ.
გრავიტაციული ძალების უჩვეულო თვისება, როგორც უკვე ვთქვით, აიხსნება იმით, რომ ეს ძალები ორივე ურთიერთმოქმედი სხეულის მასების პროპორციულია. სხეულის მასა, რომელიც შედის ნიუტონის მეორე კანონში, განსაზღვრავს სხეულის ინერციულ თვისებებს, ანუ მის უნარს შეიძინოს გარკვეული აჩქარება მოცემული ძალის მოქმედებით. Ეს არის ინერციული მასამ და.
როგორც ჩანს, რა კავშირი შეიძლება ჰქონდეს მას სხეულების ერთმანეთის მიზიდვის უნართან? მასა, რომელიც განსაზღვრავს სხეულების ერთმანეთის მიზიდვის უნარს, არის გრავიტაციული მასა m r.
ნიუტონის მექანიკიდან საერთოდ არ გამომდინარეობს, რომ ინერციული და გრავიტაციული მასები ერთნაირია, ე.ი.
m და = m r. (3.5)
თანასწორობა (3.5) გამოცდილების პირდაპირი შედეგია. ეს ნიშნავს, რომ უბრალოდ შეიძლება ვისაუბროთ სხეულის მასაზე, როგორც მისი ინერციული და გრავიტაციული თვისებების რაოდენობრივ საზომზე.
გრავიტაცია არის ის რაოდენობა, რომლითაც სხეული იზიდავს დედამიწას მისი მიზიდულობის გავლენის ქვეშ. ეს მაჩვენებელი პირდაპირ დამოკიდებულია ადამიანის წონაზე ან საგნის მასაზე. რაც მეტი წონაა, მით უფრო მაღალია. ამ სტატიაში ჩვენ აგიხსნით, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ მიზიდულობის ძალა.
სკოლის ფიზიკის კურსიდან: მიზიდულობის ძალა სხეულის წონის პირდაპირპროპორციულია. თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ მნიშვნელობა F \u003d m * g ფორმულის გამოყენებით, სადაც g არის კოეფიციენტი ტოლი 9,8 მ / წმ 2. შესაბამისად 100 კგ წონით ადამიანისთვის მიზიდულობის ძალა არის 980. აღსანიშნავია, რომ პრაქტიკაში ყველაფერი ცოტა განსხვავებულია და გრავიტაციაზე ბევრი ფაქტორი მოქმედებს.გრავიტაციაზე მოქმედი ფაქტორები:
- მანძილი მიწიდან;
- სხეულის გეოგრაფიული მდებარეობა;
- დღის დრო.
თუ სხეული არ არის გადაწეული ჰორიზონტალური მიმართულებით, მაშინ ღირს იმის გათვალისწინება, თუ რა კუთხით იხრება ობიექტი ჰორიზონტიდან. შედეგად, ფორმულა ასე გამოიყურება: F=m*g – Fthrust*sin. გრავიტაციის ძალა იზომება ნიუტონებში. გამოთვლებისთვის გამოიყენეთ მ/წმ-ში გაზომილი სიჩქარე. ამისთვის სიჩქარე კმ/სთ-ში გაყავით 3,6-ზე.
აუცილებელია იცოდეთ გამოყენების წერტილი და თითოეული ძალის მიმართულება. მნიშვნელოვანია ზუსტად განსაზღვროთ რა ძალები მოქმედებენ სხეულზე და რა მიმართულებით. ძალა აღინიშნა როგორც , იზომება ნიუტონებში. ძალების განსხვავების მიზნით, ისინი ინიშნება შემდეგნაირად
ქვემოთ მოცემულია ბუნებაში მოქმედი ძირითადი ძალები. პრობლემების გადაჭრისას არარსებული ძალების გამოგონება შეუძლებელია!
ბუნებაში ბევრი ძალაა. აქ განვიხილავთ ძალებს, რომლებიც გათვალისწინებულია სკოლის ფიზიკის კურსში დინამიკის შესწავლისას. ნახსენებია სხვა ძალებიც, რომლებზეც სხვა თავებში იქნება საუბარი.
გრავიტაცია
პლანეტის ყველა სხეულზე გავლენას ახდენს დედამიწის გრავიტაცია. ძალა, რომლითაც დედამიწა იზიდავს თითოეულ სხეულს, განისაზღვრება ფორმულით
გამოყენების წერტილი არის სხეულის სიმძიმის ცენტრში. გრავიტაცია ყოველთვის მიმართულია ვერტიკალურად ქვემოთ.
ხახუნის ძალა
მოდით გავეცნოთ ხახუნის ძალას. ეს ძალა წარმოიქმნება, როდესაც სხეულები მოძრაობენ და ორი ზედაპირი შედის კონტაქტში. ძალა წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ზედაპირები, მიკროსკოპის ქვეშ დათვალიერებისას, არ არის გლუვი, როგორც ჩანს. ხახუნის ძალა განისაზღვრება ფორმულით:
ძალა გამოიყენება ორ ზედაპირს შორის შეხების წერტილში. მიმართულია მოძრაობის საწინააღმდეგო მიმართულებით.
დამხმარე რეაქციის ძალა
წარმოიდგინეთ ძალიან მძიმე საგანი, რომელიც მაგიდაზე დევს. მაგიდა იხრება საგნის სიმძიმის ქვეშ. მაგრამ ნიუტონის მესამე კანონის თანახმად, ცხრილი მოქმედებს ობიექტზე ზუსტად ისეთივე ძალით, როგორიც მაგიდაზე არსებული ობიექტი. ძალა მიმართულია იმ ძალის საპირისპიროდ, რომლითაც ობიექტი აჭერს მაგიდას. ეს არის. ამ ძალას ეწოდება დამხმარე რეაქცია. ძალის სახელი "ლაპარაკობს" რეაგირება მხარდაჭერა. ეს ძალა წარმოიქმნება ყოველთვის, როდესაც არის ზემოქმედება საყრდენზე. მისი წარმოშობის ბუნება მოლეკულურ დონეზე. ობიექტმა, როგორც ეს იყო, დეფორმირებულია მოლეკულების ჩვეული პოზიცია და კავშირები (მაგიდის შიგნით), ისინი, თავის მხრივ, მიდრეკილნი არიან დაუბრუნდნენ პირვანდელ მდგომარეობას, "წინააღმდეგობას".
აბსოლუტურად ნებისმიერი სხეული, თუნდაც ძალიან მსუბუქი (მაგალითად, ფანქარი, რომელიც მაგიდაზე დევს), დეფორმირებს საყრდენს მიკრო დონეზე. აქედან გამომდინარე, ხდება მხარდაჭერის რეაქცია.
ამ ძალის პოვნის სპეციალური ფორმულა არ არსებობს. ისინი აღნიშნავენ მას ასოთი, მაგრამ ეს ძალა მხოლოდ დრეკადობის ძალის ცალკე სახეობაა, ამიტომ ის ასევე შეიძლება აღვნიშნოთ როგორც
ძალა გამოიყენება ობიექტის საყრდენთან შეხების ადგილზე. მიმართულია საყრდენის პერპენდიკულარულად.
ვინაიდან სხეული წარმოდგენილია როგორც მატერიალური წერტილი, ძალა შეიძლება გამოსახული იყოს ცენტრიდან
ელასტიური ძალა
ეს ძალა წარმოიქმნება დეფორმაციის (მატერიის საწყისი მდგომარეობის ცვლილებების) შედეგად. მაგალითად, როდესაც ზამბარას ვჭიმავთ, ვზრდით მანძილს ზამბარის მასალის მოლეკულებს შორის. ზამბარის შეკუმშვისას ვამცირებთ მას. როცა ვტრიალებთ ან ვცვლით. ყველა ამ მაგალითში წარმოიქმნება ძალა, რომელიც ხელს უშლის დეფორმაციას - ელასტიური ძალა.
ჰუკის კანონი
ელასტიური ძალა მიმართულია დეფორმაციის საპირისპიროდ.
ვინაიდან სხეული წარმოდგენილია როგორც მატერიალური წერტილი, ძალა შეიძლება გამოსახული იყოს ცენტრიდან
სერიებში შეერთებისას, მაგალითად, ზამბარები, სიმტკიცე გამოითვლება ფორმულით
როდესაც დაკავშირებულია პარალელურად, სიმტკიცე
ნიმუშის სიმტკიცე. იანგის მოდული.
იანგის მოდული ახასიათებს ნივთიერების ელასტიურ თვისებებს. ეს არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ მასალაზე, მის ფიზიკურ მდგომარეობაზე. ახასიათებს მასალის უნარს გაუძლოს დაჭიმულ ან კომპრესიულ დეფორმაციას. იანგის მოდულის მნიშვნელობა არის ცხრილი.
შეიტყვეთ მეტი მყარი ნივთიერებების თვისებების შესახებ.
Სხეულის წონა
სხეულის წონა არის ძალა, რომლითაც ობიექტი მოქმედებს საყრდენზე. თქვენ ამბობთ, რომ ეს არის გრავიტაცია! დაბნეულობა ხდება შემდეგში: მართლაც, ხშირად სხეულის წონა უდრის მიზიდულობის ძალას, მაგრამ ეს ძალები სრულიად განსხვავებულია. გრავიტაცია არის ძალა, რომელიც წარმოიქმნება დედამიწასთან ურთიერთქმედების შედეგად. წონა საყრდენთან ურთიერთქმედების შედეგია. სიმძიმის ძალა ვრცელდება ობიექტის სიმძიმის ცენტრში, ხოლო წონა არის ძალა, რომელიც გამოიყენება საყრდენზე (არა ობიექტზე)!
წონის დადგენის ფორმულა არ არსებობს. ეს ძალა აღინიშნება ასოთი.
დამხმარე რეაქციის ძალა ან დრეკადობის ძალა წარმოიქმნება საკიდზე ან საყრდენზე საგნის ზემოქმედების საპასუხოდ, ამიტომ სხეულის წონა ყოველთვის რიცხობრივად იგივეა, რაც ელასტიური ძალა, მაგრამ აქვს საპირისპირო მიმართულება.
საყრდენის რეაქციის ძალა და წონა ერთი და იგივე ბუნების ძალებია, ნიუტონის მე-3 კანონის მიხედვით ისინი თანაბარი და საპირისპირო მიმართულები არიან. წონა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს საყრდენზე და არა სხეულზე. მიზიდულობის ძალა მოქმედებს სხეულზე.
სხეულის წონა შეიძლება არ იყოს სიმძიმის ტოლი. ეს შეიძლება იყოს ან მეტი ან ნაკლები, ან შეიძლება იყოს ისეთი, რომ წონა იყოს ნული. ამ სახელმწიფოს ე.წ უწონადობა. უწონადობა არის მდგომარეობა, როდესაც ობიექტი არ ურთიერთქმედებს საყრდენთან, მაგალითად, ფრენის მდგომარეობა: არის გრავიტაცია, მაგრამ წონა ნულის ტოლია!
აჩქარების მიმართულების დადგენა შესაძლებელია, თუ დაადგენთ, სად არის მიმართული მიღებული ძალა
გაითვალისწინეთ, რომ წონა არის ძალა, რომელიც იზომება ნიუტონებში. როგორ ვუპასუხოთ სწორად კითხვას: "რამდენს იწონით"? ჩვენ ვპასუხობთ 50 კგ-ს და ვასახელებთ არა წონას, არამედ ჩვენს მასას! ამ მაგალითში ჩვენი წონა უდრის გრავიტაციას, რაც დაახლოებით 500N-ია!
გადატვირთვა- წონის თანაფარდობა სიმძიმის მიმართ
არქიმედეს სიძლიერე
ძალა წარმოიქმნება სხეულის სითხესთან (აირთან) ურთიერთქმედების შედეგად, როდესაც ის ჩაეფლო სითხეში (ან აირში). ეს ძალა უბიძგებს სხეულს წყლიდან (გაზიდან). მაშასადამე, იგი მიმართულია ვერტიკალურად ზევით (უბიძგებს). განისაზღვრება ფორმულით:
ჰაერში უგულებელყოფთ არქიმედეს ძალას.
თუ არქიმედეს ძალა უდრის მიზიდულობის ძალას, სხეული ცურავს. თუ არქიმედეს ძალა მეტია, მაშინ ის ამოდის სითხის ზედაპირზე, თუ ნაკლებია, იძირება.
ელექტრული ძალები
არსებობს ელექტრული წარმოშობის ძალები. წარმოიქმნება ელექტრული მუხტის არსებობისას. ეს ძალები, როგორიცაა კულონის ძალა, ამპერის ძალა, ლორენცის ძალა, დეტალურად არის განხილული ელექტროენერგიის განყოფილებაში.
სხეულზე მოქმედი ძალების სქემატური აღნიშვნა
ხშირად სხეული მოდელირებულია მატერიალური წერტილით. ამრიგად, დიაგრამებში, გამოყენების სხვადასხვა წერტილები გადატანილია ერთ წერტილში - ცენტრში, ხოლო სხეული სქემატურად არის გამოსახული, როგორც წრე ან მართკუთხედი.
ძალების სწორად დასანიშნად, აუცილებელია ჩამოვთვალოთ ყველა ის სხეული, რომლებთანაც ურთიერთქმედებს შესასწავლი სხეული. განსაზღვრეთ რა ხდება თითოეულთან ურთიერთქმედების შედეგად: ხახუნი, დეფორმაცია, მიზიდულობა ან შესაძლოა მოგერიება. განსაზღვრეთ ძალის ტიპი, სწორად მიუთითეთ მიმართულება. ყურადღება! ძალების რაოდენობა დაემთხვევა სხეულების რაოდენობას, რომლებთანაც ხდება ურთიერთქმედება.
მთავარია გახსოვდეთ
1) ძალები და მათი ბუნება;
2) ძალების მიმართულება;
3) შეძლოს მოქმედი ძალების ამოცნობა
განასხვავებენ გარე (მშრალი) და შიდა (ბლანტი) ხახუნს. გარე ხახუნი წარმოიქმნება კონტაქტში მყოფ მყარ ზედაპირებს შორის, შიდა ხახუნი წარმოიქმნება სითხის ან აირის ფენებს შორის მათი შედარებითი მოძრაობის დროს. არსებობს გარე ხახუნის სამი ტიპი: სტატიკური ხახუნი, მოცურების ხახუნი და მოძრავი ხახუნი.
მოძრავი ხახუნი განისაზღვრება ფორმულით
წინააღმდეგობის ძალა წარმოიქმნება, როდესაც სხეული მოძრაობს სითხეში ან აირში. წინააღმდეგობის ძალის სიდიდე დამოკიდებულია სხეულის ზომასა და ფორმაზე, მისი მოძრაობის სიჩქარეზე და სითხის ან აირის თვისებებზე. დაბალ სიჩქარეზე წინააღმდეგობის ძალა სხეულის სიჩქარის პროპორციულია
მაღალი სიჩქარის დროს ის სიჩქარის კვადრატის პროპორციულია
განვიხილოთ ობიექტისა და დედამიწის ურთიერთმიზიდულობა. მათ შორის, მიზიდულობის კანონის მიხედვით, წარმოიქმნება ძალა 
ახლა შევადაროთ მიზიდულობის კანონი და მიზიდულობის ძალა 
თავისუფალი ვარდნის აჩქარების ღირებულება დამოკიდებულია დედამიწის მასაზე და მის რადიუსზე! ამრიგად, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რა აჩქარებით დაეცემა მთვარეზე ან ნებისმიერ სხვა პლანეტაზე არსებული ობიექტები ამ პლანეტის მასისა და რადიუსის გამოყენებით.
მანძილი დედამიწის ცენტრიდან პოლუსებამდე ნაკლებია ვიდრე ეკვატორამდე. ამრიგად, თავისუფალი ვარდნის აჩქარება ეკვატორზე ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე პოლუსებზე. ამავდროულად, უნდა აღინიშნოს, რომ თავისუფალი ვარდნის აჩქარების დამოკიდებულების ძირითადი მიზეზი ტერიტორიის განედზე არის ის ფაქტი, რომ დედამიწა ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო.
დედამიწის ზედაპირიდან დაშორებისას, მიზიდულობის ძალა და თავისუფალი ვარდნის აჩქარება იცვლება დედამიწის ცენტრამდე მანძილის კვადრატის მიხედვით.
გრავიტაცია- ეს არის ძალა, რომელიც მოქმედებს სხეულზე დედამიწის მხრიდან და აცნობებს სხეულს თავისუფალი ვარდნის აჩქარების შესახებ:
\(~\vec F_T = m \vec g.\)
ნებისმიერი სხეული, რომელიც მდებარეობს დედამიწაზე (ან მის მახლობლად), დედამიწასთან ერთად, ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო, ანუ სხეული მოძრაობს წრეში რადიუსით. რმუდმივი მოდულის სიჩქარით (ნახ. 1).
დედამიწის ზედაპირზე მყოფ სხეულზე გავლენას ახდენს გრავიტაციული ძალა \(~\vec F\) და ძალა დედამიწის ზედაპირიდან \(~\vec N_p\).
მათი შედეგი
\(~\vec F_1 = \vec F + \vec N_p \qquad (1)\)
ანიჭებს სხეულს ცენტრიდანული აჩქარებას
\(~a_c = \frac(\upsilon^2)(r).\)
მოდით დავშალოთ გრავიტაციული ძალა \(~\vec F\) ორ კომპონენტად, რომელთაგან ერთი იქნება \(~\vec F_1\), ე.ი.
\(~\vec F = \vec F_1 + \vec F_T. \qquad (2)\)
(1) და (2) განტოლებიდან ჩვენ ვხედავთ, რომ
\(~\vec F_T = - \vec N_p.\)
ამრიგად, მიზიდულობის ძალა \(~\vec F_T\) არის მიზიდულობის ძალის ერთ-ერთი კომპონენტი \(~\vec F\). მეორე კომპონენტი \(~\vec F_1\) ეუბნება სხეულს ცენტრიდანული აჩქარებას.
წერტილში Μ გეოგრაფიულ განედზე φ გრავიტაცია მიმართულია არა დედამიწის რადიუსის გასწვრივ, არამედ რაღაც კუთხით α მას. მიზიდულობის ძალა მიმართულია ეგრეთ წოდებული გამჭვირვალე ხაზის გასწვრივ (ვერტიკალურად ქვემოთ).
სიმძიმის ძალა სიდიდითა და მიმართულებით უდრის მიზიდულობის ძალას მხოლოდ პოლუსებზე. ეკვატორზე ისინი ემთხვევა მიმართულებით და აბსოლუტური სხვაობა უდიდესია.
\(~F_T = F - F_1 = F - m \omega^2 R,\)
სადაც ω არის დედამიწის ბრუნვის კუთხური სიჩქარე, რარის დედამიწის რადიუსი.
\(~\omega = \frac(2 \pi)(T) = \frac(2 \cdot 2.34)(24 \cdot 3600)\) რად/წ = 0.727 10 -4 რად/წმ.
როგორც ω ძალიან პატარა, მაშინ ფ T≈ ფ. შესაბამისად, მიზიდულობის ძალა მოდულით მცირედ განსხვავდება მიზიდულობის ძალისგან, ამიტომ ეს განსხვავება ხშირად შეიძლება უგულებელყო.
მაშინ ფ T≈ ფ, \(~mg = \frac(GMm)((h + R)^2) \მარჯვენა arrow g = \frac(GM)((h + R)^2)\) .
ეს ფორმულა აჩვენებს, რომ თავისუფალი ვარდნის აჩქარებაა გარ არის დამოკიდებული ჩამოვარდნილი სხეულის მასაზე, არამედ დამოკიდებულია სიმაღლეზე.
ლიტერატურა
აქსენოვიჩ L.A. ფიზიკა საშუალო სკოლაში: თეორია. Დავალებები. ტესტები: პროკ. შემწეობა დაწესებულებებისათვის, რომლებიც უზრუნველყოფენ გენერალ. გარემო, განათლება / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; რედ. კ.ს.ფარინო. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 39-40.
განმარტება 1
მიჩნეულია, რომ მიზიდულობის ძალა გამოიყენება სხეულის სიმძიმის ცენტრზე, რომელიც განისაზღვრება სხეულის ძაფის დაკიდებით მის სხვადასხვა წერტილში. ამ შემთხვევაში, ყველა მიმართულების გადაკვეთის წერტილი, რომელიც აღინიშნება ძაფით, ჩაითვლება სხეულის სიმძიმის ცენტრად.
გრავიტაციის კონცეფცია
გრავიტაციის ძალა ფიზიკაში არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერ ფიზიკურ სხეულზე, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირთან ან სხვა ასტრონომიულ სხეულთან ახლოს. პლანეტის ზედაპირზე მიზიდულობის ძალა, განსაზღვრებით, იქნება პლანეტის გრავიტაციული მიზიდულობის ჯამი, ისევე როგორც ინერციის ცენტრიდანული ძალა, რომელიც პროვოცირებულია პლანეტის ყოველდღიური ბრუნვით.
სხვა ძალები (მაგალითად, მზისა და მთვარის მიზიდულობა), მათი სიმცირის გამო, მხედველობაში არ მიიღება ან ცალკე შესწავლილია დედამიწის გრავიტაციულ ველში დროებითი ცვლილებების ფორმატში. გრავიტაცია თანაბარ აჩქარებას ანიჭებს ყველა სხეულს, მიუხედავად მათი მასისა, ხოლო წარმოადგენს კონსერვატიულ ძალას. იგი გამოითვლება ფორმულის მიხედვით:
$\vec(P) = m\vec(g)$,
სადაც $\vec(g)$ არის სხეულზე მინიჭებული სიმძიმის აჩქარება, რომელიც აღინიშნება როგორც თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.
გარდა გრავიტაციისა, დედამიწის ზედაპირთან შედარებით მოძრავ სხეულებზე ასევე პირდაპირ გავლენას ახდენს კორიოლისის ძალა, რომელიც არის ძალა, რომელიც გამოიყენება მატერიალური წერტილის მოძრაობის შესასწავლად მბრუნავი ათვლის სისტემასთან მიმართებაში. კორიოლისის ძალის მიმაგრება მატერიალურ წერტილზე მოქმედ ფიზიკურ ძალებზე საშუალებას მოგვცემს გავითვალისწინოთ საანგარიშო ჩარჩოს ბრუნვის ეფექტი ასეთ მოძრაობაზე.
გაანგარიშების მნიშვნელოვანი ფორმულები
უნივერსალური მიზიდულობის კანონის მიხედვით, გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა, რომელიც მოქმედებს მატერიალურ წერტილზე $m$ მასით ასტრონომიული სფერული სიმეტრიული სხეულის ზედაპირზე $M$ მასით განისაზღვრება მიმართებით:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, სადაც:
- $G$ არის გრავიტაციული მუდმივი,
- $R$ - სხეულის რადიუსი.
ეს კავშირი მართებული აღმოჩნდება, თუ დავუშვებთ მასის სფერულად სიმეტრიულ განაწილებას სხეულის მოცულობაზე. შემდეგ გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა მიმართულია უშუალოდ სხეულის ცენტრისკენ.
მატერიალურ ნაწილაკზე მოქმედი $Q$ ინერციის ცენტრიდანული ძალის მოდული გამოიხატება ფორმულით:
$Q = maw^2$ სადაც:
- $a$ არის მანძილი ნაწილაკსა და ასტრონომიული სხეულის ბრუნვის ღერძს შორის, რომელიც განიხილება,
- $w$ არის მისი ბრუნვის კუთხური სიჩქარე. ამ შემთხვევაში, ინერციის ცენტრიდანული ძალა ხდება ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარული და მიმართული მისგან.
ვექტორულ ფორმატში, ინერციის ცენტრიდანული ძალის გამოხატულება იწერება შემდეგნაირად:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, სადაც:
$\vec (R_0)$ არის ბრუნვის ღერძის პერპენდიკულარული ვექტორი, რომელიც გამოყვანილია მისგან დედამიწის ზედაპირთან მდებარე მითითებულ მატერიალურ წერტილამდე.
ამ შემთხვევაში, მიზიდულობის ძალა $\vec (P)$ იქნება $\vec (F)$ და $\vec (Q)$ ჯამის ექვივალენტური:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
მიზიდულობის კანონი
გრავიტაციის არსებობის გარეშე, ბევრი რამის წარმოშობა, რაც ახლა ჩვენთვის ბუნებრივად გვეჩვენება, შეუძლებელი იქნებოდა: ამგვარად, არ იქნებოდა მთებიდან ჩამოსული ზვავი, არ იქნებოდა მდინარეები, წვიმები. დედამიწის ატმოსფეროს შენარჩუნება შესაძლებელია მხოლოდ მიზიდულობის ძალით. ნაკლები მასის მქონე პლანეტებმა, როგორიცაა მთვარე ან მერკური, დაკარგეს მთელი ატმოსფერო საკმაოდ სწრაფი ტემპით და დაუცველები გახდნენ აგრესიული კოსმოსური გამოსხივებისგან.
დედამიწის ატმოსფერომ გადამწყვეტი როლი ითამაშა დედამიწაზე სიცოცხლის ფორმირების პროცესში. გარდა გრავიტაციისა, დედამიწაზე გავლენას ახდენს მთვარის გრავიტაციაც. მისი სიახლოვის გამო (კოსმიური მასშტაბით) დედამიწაზე შესაძლებელია აკვიატებისა და დინების არსებობა და მრავალი ბიოლოგიური რიტმი ემთხვევა მთვარის კალენდარს. ამრიგად, გრავიტაცია უნდა განიხილებოდეს ბუნების სასარგებლო და მნიშვნელოვანი კანონის თვალსაზრისით.
შენიშვნა 2
მიზიდულობის კანონი განიხილება უნივერსალური და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერ ორ სხეულზე, რომელსაც აქვს გარკვეული მასა.
იმ სიტუაციაში, როდესაც ერთი ურთიერთმოქმედი სხეულის მასა გაცილებით მეტი აღმოჩნდება მეორეს მასაზე, საუბარია გრავიტაციული ძალის განსაკუთრებულ შემთხვევაზე, რომლისთვისაც არსებობს სპეციალური ტერმინი, როგორიცაა „გრავიტაცია“. იგი გამოიყენება ამოცანების მიმართ, რომლებიც ორიენტირებულია დედამიწაზე ან სხვა ციურ სხეულებზე მიზიდულობის ძალის განსაზღვრაზე. გრავიტაციის მნიშვნელობის ნიუტონის მეორე კანონის ფორმულაში ჩანაცვლებისას მივიღებთ:
აქ $a$ არის გრავიტაციის აჩქარება, რომელიც აიძულებს სხეულებს ერთმანეთისკენ მიისწრაფოდნენ. თავისუფალი ვარდნის აჩქარების გამოყენებასთან დაკავშირებულ პრობლემებში ეს აჩქარება აღინიშნება ასო $g$-ით. საკუთარი ინტეგრალური გამოთვლების დახმარებით ნიუტონმა მათემატიკურად მოახერხა უფრო დიდი სხეულის ცენტრში სიმძიმის მუდმივი კონცენტრაციის დამტკიცება.
