Санкт - Петербургский Государственный
Технологический Институт
(Технический Университет)
Кафедра химии и технологии материалов и изделий сорбционной
Техники
Факультет 5
Курс 5
Группа 5673
Реферат на тему:
«Влияние невесомости на физиологическое состояние организма»
Проверила: Григорьева Л.В.
Выполнила: Алексеева Е.И.
Санкт-Петербург
Содержание:
Введение…………………………………………………………………….3
Изучение влияния невесомости на организм……………………………..4
Влияние невесомости на организм ….…………………………………….7
Список литературы…………………………………………………............13
Мы живем в век начала освоения космоса, в век полётов космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы. Само слово невесомость говорит о том, что у тела отсутствует вес, то есть оно не давит на опору и не растягивает подвес. Причина невесомости заключается в том, что сила всемирного тяготения (взаимное притяжение всех тел во Вселенной) сообщает телу и его опоре одинаковые ускорения. Поэтому всякое тело, которое движется под действием только силы всемирного тяготения, находится в состоянии невесомости.
Длительную невесомость человек испытывает в космосе, в космическом корабле, на орбитальной станции. Невесомость - главное отличие космической жизни от земной. Она влияет на всё: на кровообращение, дыхание, настроение, физиологические и биологические процессы. Невесомость - уникальное явление космического полёта. Тяжесть - самое надежное качество, которым обладает каждый предмет на Земле. Тяжесть - это то, что природа распределила равномерно: поровну на каждую единицу массы. В течение всего времени орбитального полёта космонавты находятся в состоянии невесомости. Они теперь не ходят, а плавают, отталкиваясь как от опоры, от стен или от заземлённых предметов. Космонавты могут, образно говоря, ходить по потолку. Сила притяжения отсутствует, тело делается непривычно лёгким, при этом кровь тоже делается невесомой.
Несмотря на кажущуюся лёгкость, передвижение в невесомости - дело непростое. Оказавшись в невесомости, вся кровь и жидкость приливает в голову. Голова тяжёлая, заложен нос, глаза красные, плохо думается. После длительного полёта в невесомости организм космонавта испытывает резкий переход к большим перегрузкам, которые будут вызваны включением тормозной установки корабля. Длительное пребывание в невесомости - отрицательно сказывается на здоровье космонавта. Влияние невесомости на организм человека так полностью и не разгадано.
Первые научно-теоретические разработки вопросов, связанных с оценкой возможного влияния на организм человека отсутствия силы тяжести, были проведены К. Э. Циолковским (1883, 1911, 1919). В трудах этого выдающегося ученого, признанного «отцом космонавтики», выдвигаются предположения о том, что при невесомости изменится двигательная функция, пространственная ориентировка, могут возникнуть иллюзорные ощущения положения тела, головокружения, приливы крови к голове. Длительное отсутствие тяжести, по его мнению, может постепенно привести к изменению формы живых организмов, утрате или перестройке некоторых функций и навыков. Циолковский проводил аналогии между состоянием невесомости и условиями, с которыми человек сталкивается на Земле (погружение в воду, пребывание в постели). Он указывал, в частности, что поскольку постоянное пребывание в постели может быть вредным для здоровых людей, то и в «среде без тяжести» можно ожидать развития аналогичных нарушений. И хотя автор предполагал возможность приспособления человека к этому состоянию, «на всякий случай» он предусматривал необходимость создания искусственной тяжести за счет вращения космического корабля. Трудами Циолковского, по существу, были предопределены основные направления экспериментальных исследований влияния невесомости на биологические объекты (изучение сенсорных, двигательных, вегетативных реакций), заложены отправные положения, необходимые для понимания механизмов возникновения тех или иных изменений в условиях невесомости, определен наиболее радикальный путь к предупреждению такого рода расстройств и указаны возможные способы имитации невесомости в наземных условиях.
У нас в стране широко развернута экспериментальная работа с лабораторным моделированием невесомости (погружение в воду, пребывание в горизонтальном положении, ограничение подвижности). В такого рода экспериментах изучаются эффекты, обусловленные снижением величины и отсутствием колебаний гидростатического давления крови, уменьшением весовой нагрузки на опорные структуры, состоянием гиподинамии, т. е. теми факторами, значение которых в развитии нарушений, обусловленных влиянием невесомости на организм, по-видимому, является ведущим.
С помощью иммерсионной модели достаточно оперативно воспроизводятся сдвиги со стороны водно-солевого обмена, ортостатической устойчивости и физической работоспособности. Однако для решения вопроса о влиянии на организм длительной невесомости иммерсионная модель неприемлема. В значительно большей степени этим задачам отвечает состояние гиподинамии в сочетании с горизонтальным положением. Оно в достаточной мере воспроизводит первичные реакции, связанные со многими сторонами действия невесомости, и не содержит сколько-нибудь выраженных побочных эффектов, способных существенно исказить течение основного синдрома. В силу этого названная модель, очевидно, не вносит каких-либо ограничений и в сроки проведения эксперимента, кроме, естественно, тех, которые вытекают из особенностей развития воспроизводимого состояния. С экономической точки зрения путь, основанный на лабораторном моделировании невесомости, является вполне приемлемым, что, в свою очередь, создает предпосылки для проведения многочисленных и разнообразных серий экспериментов и накопления статистического материала. В широко практикуемых экспериментах на животных изучается влияние гиподинамии на клеточные, тканевые структуры, обменные процессы, системные сдвиги, на устойчивость к различным экстремальным воздействиям.
Разумеется, методы экспериментального моделирования невесомости позволяют получить далеко не полный эквивалент реального фактора. Они не воспроизводят, в частности, специфических для невесомости сенсорных реакций. Тем не менее приемлемость методов лабораторного моделирования подтверждается большим количеством сходных черт между реакциями на реальную и имитированную невесомость. Так, прогнозы, сделанные на основе экспериментов с лабораторным моделированием невесомости, в основном подтвердились результатами проведенных космических полетов, что свидетельствует о достаточной адекватности описанных моделей состоянию невесомости. Важно, что модели могут использоваться также в качестве основы при решении таких практически важных вопросов, как разработка и испытание средств профилактики неблагоприятного влияния невесомости на организм человека.
Таким образом, сложная проблема изучения невесомости как экстремального фактора, реально невоспроизводимого в наземных условиях, основывается на синтезе прямых, т. е. получаемых при космических полетах человека, и косвенных экспериментальных данных. Такого рода синтез представляет собой наиболее плодотворный путь, способный обеспечить прогресс в деле успешного освоения человеком космического пространства.
studfiles.net
Наша сегодняшняя встреча посвящена удивительному свойству материи — гравитации (тяготению). Притяжение Земли настолько привычно и естественно, что мы его не замечаем. Но что мы знаем о земном тяготении?
Разберемся, как возникает, от чего зависит и как проявляется земная гравитация.
Взаимное притяжение всех тел во Вселенной было открыто Исааком Ньютоном. Это притяжение и получило название гравитационного взаимодействия.
Им же была установлена зависимость этих сил от массы взаимодействующих тел и расстояния между ними.
Чем больше масса тел, тем больше сила их притяжения. Зато с увеличением расстояния она уменьшается.
Для нас — землян особенно важна сила тяготения нашей планеты. Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, принято называть силой тяжести.
Она убывает по мере удаления от земной поверхности и всегда направлена к центру Земли. То есть земной шар притягивает внешние тела так, как материальная точка. Наша планета слегка сплюснута у полюсов (около 27 км), и тяготение в этих точках, немного превышает притяжение на экваторе или в других широтах. Соответственно сила тяжести на вершине горы немного меньше чем у ее подножья.
Для обозначения этой силы используется символ Fтяж.
Итак, сила тяжести это результат взаимодействия тел с Землей. Но в повседневной жизни мы часто используем понятие веса тела. Выясним, что это за величина.
Для этого мысленно перенесемся в неподвижный лифт. Вес его пассажиров P будет равен силе тяжести (P = Fтяж). В поднимающемся с ускорением лифте, сила тяжести неизменна, а вот вес начнет увеличиваться. Это ощущается как увеличение давления со стороны опоры — пола. Лифт опускается, постепенно замедляя скорость. Давление опоры станет меньше, т.е. при неизменной силе тяжести вес уменьшается.
… Следы, оставленные человеком, животными или транспортом на влажном песке или снегу, как раз и подтверждают действие этих тел на опору.
Вес тела это та сила, с которой неподвижные тела действуют на опору или растягивают подвес.
Нужно помнить, что сила тяжести приложена к центру предмета, а вес — к опоре или подвесу.
Что произойдет с весом тела, если опора или подвес исчезнет? Тело начнет свободное падение. А поскольку исчезло сопротивление его дальнейшему движению, вес тела станет равным нулю. Для тел, находящихся в свободном падении, наступает состояние невесомости.
Невесом летящий парашютист до раскрытия парашюта, посетители аттракциона «американские горки» после прохождения наивысшей точки, и, вообще, каждый прыжок вверх это несколько секунд невесомости перед приземлением.
Но почему испытывают невесомость космонавты на орбите после выключения двигателей на космическом корабле? Взаимодействуя с Землей, эти космические объекты стремятся к свободному падению, но их горизонтальная скорость столь велика (около 8 км/c), что упасть они не могут и летят по своей орбите, описывая виток за витком вокруг Земли.
До сих пор мы рассматривали проявления силы тяжести, считая, что взаимодействие осуществляется в безвоздушной среде. А как наличие газа или жидкости повлияет на вес тела?
Ответ на этот вопрос дал один из достойнейших сыновей древней Греции — Архимед еще 3 тысячи лет до нашей эры.
Учёный утверждал, что в результате взаимодействия тела со средой (жидкостью или газом) возникает выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Её численное значение равно весу жидкости, вытесненной телом.
Вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме на величину выталкивающей силы.
Если же предмет герметично прижат ко дну Архимедова сила не возникает.
С понятием веса мы уже знакомы. Поговорим о массе:
Вес же, как любая сила, измеряется в ньютонах (Н). Существует формула, связывающая массу и вес тела:
P = mg,
здесь g — ускорение свободного падения.
Падение тел изучал итальянский учёный Галилей. Он наблюдал за движением тел, сбрасывая их с очень высокой наклонной башни, расположенной в городе Пизе. По имени города эта башня высотой 55 м и получила название Пизанской.
Галилей одновременно сбрасывал пушечное ядро весом 80 кг и маленький металлический шарик. Касались земли они почти в одно и то же время. Ученый сделал вывод, что единственной причиной, неодновременного приземления шаров является сопротивление воздуха.
Падение тел в безвоздушном пространстве только под действием силы тяжести называют свободным падением.
В земных условиях мы можем наблюдать это явление лишь приближенно. Потому, что атмосферный воздух является помехой свободно падающему телу.
При этом движении скорость падающих тел каждую секунду увеличивается на 9,81 м/с.
То есть ускорение свободного падения g = 9,81 м/ и лишь слегка изменяется при изменении географической широты места. В расчетах часто принимают g = 10 м/c2.
На Луне, где сила притяжения меньше в 6 раз, g = 1,6 м/c2.
Сейчас идет очень активное изучение «красной планеты» — Марса. Его масса почти в 10 раз меньше чем у нашей родной планеты. Казалось бы, что и вес тел должен уменьшаться тоже в 10 раз. Однако, радиус Марса почти в 2 раза уступает земному радиусу, что приводит к увеличению силы тяжести почти в 4 раза. В конечном счете, сила тяжести, как и вес тела, составят лишь 1/3 часть земной силы тяжести.
Точно так можно узнать силу тяжести тела на любой планете. Скажем, космонавт, вес которого на Земле 80 кг, на планете – гиганте Юпитер будет весить 161,2 кг.
У каждого тела есть центр тяжести. Если за него мысленно подвесить тело, оно сохранит первоначальное положение. Например, центр тяжести шара, находится в его геометрическом центре. Чем ниже положение центра тяжести, тем устойчивее положение тела. Поэтому лыжник, мчащийся с горы, слегка приседает. Тем самым он смещает свой центр тяжести книзу, увеличивая этим свою устойчивость.
«Знакома» с законами физики и всем известная игрушка— неваляшка. Её центр тяжести находится внизу, поскольку там закреплен грузик. И даже незначительное отклонение этой игрушки в сторону приподнимает центр тяжести. Сила тяжести создает вращающий момент, восстанавливающий вертикальное положение тела.
Момент силы тяжести – это произведение силы тяжести на плечо этой силы:
M= FтяжL=mgL,
гдеM — момент силы тяжести;L — плечо этой силы, т е. перпендикуляр между линией приложения силы и центром вращения.Единицей измерения вращающего момента является 1Нм.
Размещая грузы в автомобилях или на морских судах, всегда располагают их как можно ниже. Это обеспечивает устойчивость, предохраняет грузовой транспорт от опрокидывания.
Совершает ли работу свободно падающее тело? Например, метеорит, прилетевший к нам из космических глубин, яблоко, упавшее с ветки или ниспадающий водопад.
При любом вертикальном изменении положения тела, его центр тяжести либо опускается, либо поднимается. Сила тяжести при этом совершает работу
А= mgh,
где mg = Fтяж.
Если тело опускается — работа положительна, поднимается — отрицательна. На замкнутом пути, когда тело брошено вертикально вверх, а затем, свободно падая, возвращается в исходную точку, работа равна 0.
Сила тяжести сыграла огромную роль в приспособлении человека и животных для жизни на суше. Благодаря силе гравитации мы ходим по земле, а не улетаем в космос. Она удерживает атмосферу планет и воду в мировом океане. Ей мы обязаны движением планет и их спутников в нашей солнечной системе.
Наше знакомство с земной гравитацией закончено. Много веков люди ищут способы освобождения от земных пут. Пока секреты антигравитации не раскрыты.
Но человечеству удалось преодолеть земную гравитацию и достичь фантастических успехов в освоении космоса.
Автор: Драчёва Светлана Семёновна
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:Вы можете оставить комментарий к докладу.
www.doklad-na-temu.ru
<img src="/cache/referats/23211/image001.gif" " v:shapes="_x0000_s1027"> <img src="/cache/referats/23211/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1032"> <img src="/cache/referats/23211/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1028"> <img src="/cache/referats/23211/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1029"> <img src="/cache/referats/23211/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1030"> <img src="/cache/referats/23211/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1031">
Много тысячелетий назад людинаверняка замечали, что большая часть предметов падает все быстрее и быстрее, анекоторые падают равномерно. Но как именно падают эти предметы — этот вопросникого не занимал. Откуда у первобытных людей должно было появиться стремлениевыяснить, как или почему? Если они вообще размышляли над причинами илиобъяснениями, то суеверный трепет сразу же заставлял их думать о добрых и злыхдухах. Мы легко представляем, что эти люди с их полной опасности жизнью считалибольшую часть обычных явлений «хорошими», а необычные — «плохими».
Из опытов с падающими теламилюди установили, что маленький и большой камни, выпущенные из рук одновременно,падают с одинаковой скоростью. То же самое можно сказать о кусках свинца,золота, железа, стекла, и т.д. самых разных размеров. Из подобных опытоввыводиться простое общее правило: свободное падение всех тел происходитодинаково независимо от размера и материала, из которого тела сделаны.
Великий итальянский ученыйГалилео Галилей обобщил имеющиеся сведения и представления и критически ихпроанализировал, а затем описал и начал распространять то, что считал верным.Он указал, что плотные предметы, для которых сопротивление воздуханесущественно, падают почти с одинаковой скоростью. Предположив, что произошлобы в случае свободного падения тел в вакууме, Галилей вывел следующие законыпадения тел для идеального случая:
1. <span Times New Roman"">
Все тела при падениидвижутся одинаково: начав падать одновременно, они движутся с одинаковойскоростью2. <span Times New Roman"">
Движение происходит с«постоянным ускорением»; темп увеличения скорости тела не меняется, т.е. закаждую последующую секунду скорость тела возрастает на одну и ту же величину.Существует легенда, будтоГалилей проделал большой демонстрационный опыт, бросая легкие и тяжелыепредметы с вершины Пизанской падающей башни.
Итак, еще ученыеСредневековья и Возрождения знали о том, что без сопротивления воздуха телолюбой массы падает с одинаковой высоты за одно и тоже время, Галилей не толькопроверил опытом и отстаивал это утверждение, но и установил вид движения тела,падающего по вертикали: «… говорят, что естественное движение падающего теланепрерывно ускоряется». Так Галилей установил признак равноускоренногодвижения:
S1:S2:S3:… = 1:2:3:… (при V0= 0)
Таким образом, можно предположить, что свободноепадение есть равноускоренное движение. Так как для равноускоренного движенияперемещение рассчитывается по формуле <img src="/cache/referats/23211/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1025">
<img src="/cache/referats/23211/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> <img src="/cache/referats/23211/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> <img src="/cache/referats/23211/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (ускорение присвободном падении для всех тел одинаково), получится, что отношение перемещенийпри равноускоренном движении равно:
S1:S2:S3= t12:t22:t32
Это еще один важный признакравноускоренного движения, а значит и свободного падения тел.
Ускорение свободного падения можно измерить. Еслипринять, что ускорение постоянно, то его довольно легко измерить, определивпромежуток времени, за который тело проходит известный отрезок пути и,воспользовавшись опять же соотношением <img src="/cache/referats/23211/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029">a=2S/t2. Постоянное ускорение свободного падения обозначаютсимволом g. Ускорение свободного падения знаменито тем, чтооно не зависит от массы падающего тела. Действительно, если вспомнить опытзнаменитого английского ученого Ньютона с птичьим пером и золотой монетой, томожно сказать, что они падают с одинаковым ускорением, хотя у них разные массы.
Измерения дают значение g, равное 9,8156 м/с2.
Вектор ускорения свободногопадения всегда направлен по вертикали вниз, вдоль отвесной линии в данном местеЗемли.
И все же: почему телападают? Можно сказать, вследствие гравитации или земного притяжения. Ведь слово«гравитация» латинского происхождения и означает «тяжелый» или «весомый». Можносказать, что тела падают потому, что они весят. Но тогда почему тела весят? Иответить можно так: потому, что Земля притягивает их. И, действительно, всезнают, что Земля притягивает тела, потому, что они падают. Да, физика не даетобъяснения тяготению, Земля притягивает тела потому, что так устроена природа.Однако физика может сообщить много интересного и полезного о земном тяготении.Исаак Ньютон (1643-1727) изучил движение небесных тел — планет и Луны. Его нераз интересовала природа силы, которая должна действовать на Луну, чтобы придвижении вокруг земли она удерживалась на почти круговой орбите. Ньютон такжезадумывался над несвязанной, казалось бы, с этим проблемой гравитации.Поскольку падающие тела ускоряются, Ньютон заключил, что на них действует сила,которую можно назвать силой тяготения или гравитации. Но что вызывает эту силутяготения? Ведь если на тело действует сила, значит, она вызывается со стороныкакого-либо другого тела. Любое тело на поверхности Земли испытывает действиеэтой силы тяготения, и где бы тело ни находилось, сила, действующая на него,направлена к центру Земли. Ньютон заключил, что сама Земля создает силутяготения, действующую на тела, находящиеся на ее поверхности.
История открытия Ньютономзакона всемирного тяготения достаточно известна. По легенде, Ньютон сидел всвоем саду и обратил внимание на падающее с дерева яблоко. У него неожиданновозникла догадка о том, что если сила тяготения действует на вершине дерева идаже на вершине гор, то, возможно, она действует и на любом расстоянии. Такмысль о том, что именно притяжение Земли удерживает Луну на ее орбите,послужила Ньютону основой, с которой он начал построение своей великой теориигравитации.
Впервые мысль о том, чтоприрода сил, заставляющих падать камень и определяющих движение небесных тел, — одна и та же, возникла еще у Ньютона-студента. Но первые вычисления не далиправильных результатов потому, что имевшиеся в то время данные о расстоянии отЗемли до Луны были неточными. 16 лет спустя появились новые, исправленныесведения об этом расстоянии. После того, как были проведены новые расчеты,охватившие движение Луны, всех открытых к тому времени планет солнечнойсистемы, комет, приливы и отливы, теория была опубликована.
Ньютон начал с определениявеличины гравитационного взаимодействия, с которым Земля действует на Лунупутем сравнения ее с величиной силы, действующей на тела на поверхности Земли.На поверхности Земли сила тяготения придает телам ускорение g=9,8м/с2. Но чему равно центростремительное ускорение Луны? Так какЛуна движется по окружности почти равномерно, ее ускорение может бытьрассчитано по формуле:
a= <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g
2/rПутем измерений можно найти это ускорение. Оно равно
2,73*10-3м/с2. Если выразитьэто ускорение через ускорение свободного падения gвблизи поверхности Земли,то получим:
<img src="/cache/referats/23211/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030">
Таким образом, ускорениеЛуны, направленное к Земле, составляет 1/3600 ускорения тел вблизи поверхностиЗемли. Луна удалена от Земли на 385000 км, что превышает приблизительно в 60раз радиус Земли, равный 6380 км. Значит Луна в 60 раз дальше от центра Земли,чем тела, находящиеся на поверхности Земли. Но 60*60 = 3600! Из этого Ньютонсделал вывод, что сила тяготения, действующая со стороны Земли на любые тела,уменьшается обратно пропорционально квадрату их расстояния от центра Земли:
Сила тяготения<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">~
1/r2Луна, удаленная на 60 земныхрадиусов, испытывает силу гравитационного притяжения, составляющую всего лишь1/602 = 1/3600 той силы, которую она испытывала бы, если бынаходилась на поверхности Земли. Любое тело, помещенное на расстоянии 385000 кмот Земли, благодаря притяжению Земли приобретает то же ускорение, что и Луна, аименно 2,73*10-3 м/с2.
Ньютон понимал, что силатяготения зависит не только от расстояния до притягиваемого тела, но и от егомассы. Действительно, сила тяготения прямо пропорциональна массе притягиваемоготела, согласно второму закону Ньютона. Из третьего закона Ньютона видно, чтокогда Земля действует силой тяготения на другое тело (например, Луну), этотело, в свою очередь, действует на Землю с равной по величине и противоположнонаправленной силой.
Благодаря этому Ньютонпредположил, что величина силы тяготенияпропорциональна обеим массам. Таким образом:
<img src="/cache/referats/23211/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
где m3 — масса Земли, mT — масса другого тела, r — расстояниеот центра Земли до центра тела.
Продолжая изучение гравитации, Ньютон продвинулсяеще на шаг вперед. Он определил, что сила, необходимая для удержания различныхпланет на их орбитах вокруг Солнца, убывает обратно пропорционально квадрату ихрасстояний от Солнца. Это привело его к мысли о том, что сила, действующаямежду Солнцем и каждой из планет и удерживающая их на орбитах, также являетсясилой гравитационного взаимодействия. Также он предположил, что природа силы,удерживающей планеты на их орбитах, тождественна природе силы тяжести,действующей на все тела у земной поверхности. Проверка подтвердилапредположение о единой природе этих сил. Тогда если гравитационное воздействиесуществует между этими телами, то почему бы ему не существовать между всемителами? Таким образом, Ньютон пришел к своему знаменитому Закону всемирноготяготения, который можно сформулировать так:
Каждая частица во Вселеннойпритягивает любую другую частицу с силой, прямо пропорциональной произведениюих масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Эта силадействует вдоль линии, соединяющей эти две частицы.
Величина этойсилы может быть записана в виде:
m1*m2
F =G —
R2
где m1 и m2 — массы двух частиц, R — расстояние между ними, а G — гравитационнаяпостоянная, которая может быть измерена экспериментально и для всех тел имеетодно и то же численное значение.
Этовыражение определяет величину силы тяготения, с которой одна частица действуетна другую, находящуюся от нее на расстоянии R. Для двух не точечных, но однородных тел это выражение правильноописывает взаимодействие, если — расстояние между центрами тел. Кроме того, если протяженные тела малы посравнению с расстояниями между ними, то мы не намного ошибемся, если будемрассматривать тела как точечные частицы(как это имеет место для системы Земля — Солнце).
Еслинужно рассмотреть силу гравитационного притяжения, действующую на даннуючастицу со стороны двух или нескольких других частиц, например силу,действующую на Луну со стороны Земли и Солнца, то необходимо для каждой парывзаимодействующих частиц воспользоваться формулой закона всемирного тяготения,после чего векторно сложить силы, действующие на частицу.
Величинапостоянной Gдолжна быть очень мала, так как мы не замечаемникакой силы, действующей между телами обычных размеров. Сила, действующаямежду двумя телами обычных размеров, впервые была измерена в 1798г. ГенриКавендишем — через 100 лет после того, как Ньютон опубликовал свой закон. Внастоящее время принято считать, что эта постоянная равна G=6,67*10-7Н*м2/кг2.
Итак,гравитационные силы вездесущи и всепроникающи. Почему же мы не ощущаемпритяжения большинства тел? Если подсчитать, какую долю от притяжения Землисоставляет, например, притяжение Эвереста, то окажется, что лишь тысячные долипроцента. Сила же взаимного притяжения двух людей среднего веса при расстояниимежду ними в один метр не превышает трех сотых миллиграмма. Так слабыгравитационные силы. Тот факт, что гравитационные силы, вообще говоря, гораздослабее электрических, вызывает своеобразное разделение сфер влияния этих сил.Гравитационные силы становятся ощутимыми, а порой и грандиозными, когда вовзаимодействии фигурируют такие огромные массы, как массы космических тел:планет, звезд и т.д. Так, Земля и Луна притягиваются с силой примерно в 20 000000 000 000 000 тонн. Даже такие далекие от нас звезды, свет которых годы идетот Земли, притягиваются с нашей планетой с силой, выражающейся внушительнойцифрой, — это сотни миллионов тонн.
Итак, Галилей утверждал, что все тела,отпущенные с некоторой высоты вблизи поверхности Земли, будут падать содинаковым ускорением g(если пренебречьсопротивлением воздуха). Сила, вызывающая это ускорение называется силойтяжести. Применим к силе тяжести второй закон Ньютона, рассматривая в качествеускорения aускорение свободного падения g.Таким образом, действующую на тело силу тяжести можно записать как:
Fg=mg
Эта сила направлена вниз, кцентру Земли.
Т.к. в системе СИ g= 9,8, то сила тяжести, действующая на тело массой 1кг, составляет 9,8Н. .
Применим формулу законавсемирного тяготения для описания силы тяжести — силы тяготения между землей ителом, находящимся на ее поверхности. Тогда m1 заменится на массу Земли М3, а r — на расстояние до центра Земли, т.е. на радиус Земли R3. Таким образом, получим:
Mз*m
F =G-----------
Rз2
Где m — масса тела, находящегосяна поверхности Земли. Из этого равенства следует, что:
Fт Мз
g= — = G -----
mт Rз2
Иными словами ускорениесвободного падения на поверхности земли gопределяется величинами Мзи RЗ.
На Луне, на других планетах,или в космическом пространстве сила тяжести, действующая на тело одинаковоймассы, будет различна. Например, на Луне величина gпредставляет всего лишьодну шестую gна Земле, и на тело массой 1 кг действует силатяжести, равная всего лишь 1,7 Н.
До тех пор, пока не былаизмерена гравитационная постоянная G, масса Земли оставаласьнеизвестной. И только после того, как Gбыла измерена, с помощьюсоотношения удалось вычислить массу земли. Это впервые проделал сам ГенриКавендиш. Подставляя в формулу ускорение свободного падения значение g=9,8м/си радиуса земли rз=6,38*106, получаем следующее значениемассы Земли: 6*1024кг.
Значения ускорениясвободного падения gв разных точках Земли несколько различаются. Изформулы g= Gm3можно увидеть, что величинаgдолжна быть меньше, например, на вершинах гор, чем на уровне моря,поскольку расстояние от центра Земли до вершины горы несколько больше.Действительно, этот факт установили экспериментально. Однако формула g=Gm3/r32не дает точного значения gво всех точках, так какповерхность земли не является в точности сферической: на ее поверхности нетолько существуют горы и моря, но также имеет место изменение радиуса Земли наэкваторе; кроме того, масса земли распределена неоднородно; вращение Землитакже влияет на изменение g.
Методы разведки при помощимаятников и сверхточных весов называют гравитационными. Они имеют большоепрактическое значение, в частности для поисков нефти. Дело в том, что пригравитационных методах разведки легко обнаружить подземные соляные купола, аочень часто оказывается, что где есть соль, там и нефть. Причем нефть лежит вглубине, а соль ближе к земной поверхности. Методом гравитационной разведкибыла открыта нефть в Казахстане и в других местах.
***
Вместо того чтобы тянутьтележку с помощью пружины, ей можно придать ускорение, прикрепив перекинутыйчерез блок шнур, к противоположному концу которого подвешивается груз. Тогдасила, сообщающая ускорение, будет обусловлена весом этого груза.Ускорение свободного падения опять таки сообщается телу его весом.
В физике вес — этоофициальное наименование силы, которая обусловлена притяжением предметов кземной поверхности — «притяжением силы тяжести». То обстоятельство, что телапритягиваются по направлению к центру Земли, делает такое объяснение разумным.
Как бы его не определили,вес — это сила. Он ничем не отличается от любой другой силы, если не считатьдвух особенностей: вес направлен вертикально и действует постоянно, егоневозможно устранить.
Чтобы непосредственноизмерить вес тела, мы должны воспользоваться пружинными весами,проградуированными в единицах силы. Поскольку это зачастую сделать неудобно, мысравниваем один вес с другим при помощи рычажных весов, т.е. находим отношение.
Предположим, что тело Хпритягивается в 3 раза сильнее, чем эталон массы. В этом случае мы говорим, чтоземное притяжение, действующее на тело Х равно 30 ньютонам силы, что означает,что оно в 3 раза больше земного притяжения, которое действует на килограмммассы. Нередко путают понятие массы и веса, между которыми имеется существенноеразличие. Масса — это свойство самого тела (она является мерой инертности илиего «количества вещества»). Вес же — это сила, с которой тело действует наопору или растягивает подвес (вес численно равен силе тяжести, если опора илиподвес не имеют ускорения).
Если мы при помощи пружинныхвесов измерим вес какого-нибудь предмета с очень большой точностью, а потомперенесем весы в другое место, то обнаружим, что вес предмета на поверхностиЗемли несколько меняется от места к месту. Мы знаем, что вдали от поверхностиЗемли, или в глубине земного шара, вес должен быть значительно меньше.
Меняется ли масса? Ученые,размышляя над этим вопросом, давно пришли к выводу, что масса должна оставатьсянеизменной. Даже в центре Земли, где тяготение, действуя во всех направлениях,должно давать нулевую результирующую силу, тело по-прежнему имело бы ту жесамую массу.
Таким образом, масса, оцениваемая по трудности,которую мы встречаем при попытке ускорить движение маленькой тележки, одна и таже всюду: на поверхности Земли, в центре Земли, на Луне. Вес, оцениваемый поудлинению пружинных весов (и ощущению в мускулах руки человека, держащеговесы), будет значительно меньше.
Вестела, который мы обозначим буквой Р, по модулю равен силе тяжести:
P = m*g
Но это не значит, что вестела и сила тяжести, приложенная к нему, одно и то же.
Силатяжести – это гравитационная сила, приложенная к телу. Вес тела – это силаупругости, приложенная к подвесу.
Представимсебе, что пружину с подвешенным к ней грузом держат в руках. По шкале пружинныхвесов можно отсчитать вес тела. Если рука, держащая весы, покоится относительноЗемли, весы покажут, что вес тела по модулю равен силе тяжести mg. Атеперь представим себе, что весы выпустили из рук и они вместе с грузомсвободно падают. Легко заметить, что при этом стрелка весов устанавливается нануле, показывая, что вес тела стал равным нулю. И это понятно. При свободномпадении и весы и груз движутся с одинаковым ускорением, равным g.Нижний конец пружины не увлекается грузом, а сам следует за ним, и пружина недеформируется. Поэтому нет силы упругости, которая действовала ба на груз.Значит, и груз не деформируется и не действует на пружину. Вес исчез! Груз, какговорят, стал невесомым.
Невесомость объясняется тем,что сила всемирного тяготения, а значит, и сила тяжести сообщают грузу и пружине одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, накоторое действует только сила тяжести или вообще сила всемирного тяготения,находится в состоянии невесомости. Именно в таких условиях находится всякое свободно падающее тело.
Невесомость совсем не редкоедля людей состояние. В таком состоянии находится прыгун с момента отрываот Земли и до момента приземления,пловец, прыгающий с вышки до момента соприкосновения с водой.
www.ronl.ru
