Вес тела. Невесомость и перегрузка. Реферат вес и невесомость тела

Вес тела в физике. Невесомость и перегрузка

Вес $\overline{P}$ , как и любая другая сила, в системе СИ измеряется в Ньютонах.

Следы на снегу или на песке свидетельствуют о том, что человек или животное, проходя, давит на снежную или песчаную опору с некоторой силой.

Вес тела во время движения. Состояния невесомости и перегрузки

Вес тела зависит от ускорения, с которым движется тело, а потому может быть различным:

Если тело покоится или движется равномерно прямолинейно, т.е. ускорение тела равно нулю, вес тела равен силе тяжести.
По второму закону Ньютона:

$\overline{N}+m\overline{g}=0$

или в проекции на ось :

$N-mg=0$

откуда

$N=mg\$

По третьему закону Ньютона:

$\left|\overline{P}\right|=\left|\overline{N}\right|=mg$
Если тело движется с ускорением, направленным вертикально вверх, вес тела увеличивается. Такое состояние тела называется перегрузкой.
По второму закону Ньютона:

$\overline{N}+m\overline{g}=m\overline{a}$

или в проекции на ось :

$N-mg=ma$

откуда

$N=m(g+a)\$

По третьему закону Ньютона:

$\left|\overline{P}\right|=\left|\overline{N}\right|=m(g+a)$

Перегрузки испытывают космонавты при взлете и на участках торможения космического корабля, летчики при выполнении фигур высшего пилотажа, пассажиры лифта при разгоне или торможении лифта и т.д.
Если тело движется с ускорением, направленным вертикально вниз, вес тела уменьшается.
По второму закону Ньютона:

$\overline{N}+m\overline{g}=m\overline{a}$

или в проекции на ось :

$N-mg=-ma$

откуда

$N=m(g-a)\$

По третьему закону Ньютона:

$\left|\overline{P}\right|=\left|\overline{N}\right|=m(g-a)$

Если ускорение тела в этом случае будет равно ускорению свободного падения, вес тела равен нулю, т.е. тело будет находиться в состоянии невесомости.

Поскольку вес покоящегося тела равен силе тяжести, часто считают, что вес и сила тяжести – это одна и та же сила. Однако это неверно. Во-первых, вес и сила тяжести приложены к разным телам: сила тяжести приложена к телу, а вес – к опоре или подвесу. Во-вторых, вес и сила тяжести имеют различную физическую природу: вес, как правило, является силой упругости, а сила тяжести – это сила гравитационного взаимодействия. Наконец, как было показано выше, вес тела изменяется с изменением ускорения и может быть равен нулю, когда сила тяжести нулю не равна.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com

Вес тела. Невесомость. Видеоурок. Физика 10 Класс

Весом тела называется сила, с которой данное тело давит на опору или растягивает подвес вследствие притяжения данного тела к Земле.

Установим основные характеристики этой силы – причину ее возникновения, модуль и направление. Рассмотрим тело, подвешенное на пружине (Рис. 1.). Под действием силы тяжести тело стремится двигаться вниз, увлекая за собой нижний конец пружины. В свою очередь, пружина деформируется, что вызывает появление в ней силы упругости.

Тело, подвешенное на пружине

Рис. 1. Тело, подвешенное на пружине (Источник)

Под действием силы упругости, которая приложена к верхнему краю тела, это тело, в свою очередь, также деформируется, возникает другая сила упругости, обусловленная деформацией тела. Эта сила приложена к нижнему краю пружины. Кроме того, она равна по модулю силе упругости пружины и направлена вниз. Именно эту силу упругости тела мы и будем называть его весом, то есть вес тела приложен к пружине и направлен вниз.

После того как колебания тела на пружине затухнут, система придет в состояние равновесия, в котором сумма сил, действующих на тело, будет равна нулю. Это значит, что сила тяжести равна по модулю и противоположна по направлению силе упругости пружины (Рис. 2). Последняя равна по модулю и противоположна по направлению весу тела, как мы уже выяснили. Значит, сила тяжести по модулю равна весу тела. Данное соотношение не универсально, но в нашем примере – справедливо.

Вес и сила тяжести (

Рис. 2. Вес и сила тяжести (Источник)

Приведенная формула не означает, что сила тяжести и вес – одно и то же. Эти две силы разные по своей природе. Вес – это сила упругости, приложенная к подвесу со стороны тела, а сила тяжести – это сила, приложенная к телу со стороны Земли.

Вес и сила тяжести тела на подвесе и на опоре

Рис. 3. Вес и сила тяжести тела на подвесе и на опоре (Источник)

Выясним некоторые особенности веса. Вес – это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, из этого следует, что если тело не подвешено или не закреплено на опоре, то его вес равен нулю. Данный вывод кажется противоречивым нашему повседневному опыту. Однако он имеет вполне справедливые физические примеры.

Если пружину с подвешенным к ней телом отпустить и позволить ей свободно падать, то указатель динамометра будет показывать нулевое значение (Рис. 4). Причина этого проста: груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением (g) и одинаковой нулевой начальной скоростью (V0). Нижний конец пружины движется синхронно с грузом, при этом пружина не деформируется и силы упругости в пружине не возникает. Следовательно, не возникает и встречной силы упругости, которая является весом тела, то есть тело не обладает весом, или является невесомым.

Свободное падение пружины с подвешенным к ней телом

Рис. 4. Свободное падение пружины с подвешенным к ней телом (Источник)

Состояние невесомости возникает благодаря тому, что в земных условиях сила тяжести сообщает всем телам одинаковое ускорение, так называемое ускорение свободного падения. Для нашего примера мы можем сказать, что груз и динамометр движутся с одинаковым ускорением. Если на тело действует только сила тяжести или только сила всемирного тяготения, то это тело находится в состоянии невесомости. Важно понимать, что в этом случае исчезает только вес тела, но не сила тяжести, действующая на это тело.

Состояние невесомости – не экзотика, довольно часто многие из вас его испытывали – любой человек, подпрыгивающий или спрыгивающий с какой либо высоты, до момента приземления находится в состоянии невесомости.

Рассмотрим случай, когда динамометр и прикрепленное к его пружине тело движутся вниз с некоторым ускорением, но не совершают при этом свободного падения. Показания динамометра уменьшатся по сравнению с показаниями при неподвижном грузе и пружине, значит, вес тела стал меньше, чем он был в состоянии покоя. В чем причина такого уменьшения? Дадим математическое объяснение, опираясь на второй закон Ньютона.

Математическое объяснение веса тела

Рис. 5. Математическое объяснение веса тела (Источник)

На тело действуют две силы: сила тяжести, направленная вниз, и сила упругости пружины, направленная вверх. Эти две силы сообщают телу ускорение. и уравнение движения будет иметь вид:

m = + m

Выберем ось y (Рис. 5), поскольку все силы направлены вертикально, нам достаточно одной оси. В результате проецирования и переноса слагаемых получим – модуль силы упругости будет равен:

ma = mg - Fупр

Fупр = mg - ma,

где в левой и правой части уравнения стоят проекции сил, указанных во втором законе Ньютона, на ось y. Согласно определению, вес тела по модулю равен силе упругости пружины, и, подставив ее значение, получим :

P = Fупр = mg - ma = m( g - а)

Вес тела равен произведению массы тела на разность ускорений. Из полученной формулы видно, что если модуль ускорения тела меньше модуля ускорения свободного падения, то вес тела меньше силы тяжести, то есть вес тела, движущегося ускоренно, меньше веса покоящегося тела.

Рассмотрим случай, когда тело с грузиком движется ускоренно вверх (Рис. 6).

Стрелка динамометра покажет значение веса тела большее, чем покоящегося груза.

Тело с грузиком движется ускоренно вверх

Рис. 6. Тело с грузиком движется ускоренно вверх (Источник)

Тело движется вверх, и его ускорение направлено туда же, следовательно, нам необходимо поменять знак проекции ускорения на ось у.

Из формулы видно, что теперь вес тела больше силы тяжести, то есть больше веса покоящегося тела.

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.

Это справедливо не только для тела, подвешенного на пружине, но и для тела, укрепленного на опоре.

Рассмотрим пример, в котором проявляется изменение тела при его ускоренном движении (Рис. 7).

Автомобиль движется по мосту выпуклой траектории, то есть по криволинейной траектории. Будем считать форму моста дугой окружности. Из кинематики мы знаем, что автомобиль движется с центростремительным ускорением, величина которого равна квадрату скорости, деленной на радиус кривизны моста. В момент нахождения его в наивысшей точке, это ускорение будет направлено вертикально вниз. Согласно второму закону Ньютона это ускорение сообщается автомобилю равнодействующей силой тяжести и силой реакции опоры.

m = + m

Выберем координатную ось у, направленную вертикально вверх, и запишем это уравнение в проекции на выбранную ось, подставим значения и проведем преобразования:

Наивысшая точка нахождения автомобиля

Рис. 7. Наивысшая точка нахождения автомобиля (Источник)

Вес автомобиля, по третьему закону Ньютона, равен по модулю силе реакции опоры (), при этом мы видим, что вес автомобиля по модулю меньше силы тяжести, то есть меньше веса неподвижного автомобиля.

Ракета при старте с Земли движется вертикально вверх с ускорением а=20 м/с2. Каков вес летчика-космонавта, находящегося в кабине ракеты, если его масса m=80 кг?

Совершенно очевидно, что ускорение ракеты направлено вверх и для решения мы должны использовать формулу веса тела для случая с перегрузом (Рис. 8).

Рис. 8. Иллюстрация к задаче

Необходимо отметить, что если неподвижное относительно Земли тело имеет вес 2400 Н, то его масса составляет 240 кг, то есть космонавт ощущает себя в три раза массивнее, чем есть на самом деле.

Мы разобрали понятие веса тела, выяснили основные свойства этой величины и получили формулы, которые позволяют нам рассчитать вес тела, движущегося с ускорением.

Если тело движется вертикально вниз, при этом модуль его ускорения меньше ускорения свободного падения, то вес тела уменьшается по сравнению со значением веса неподвижного тела.

Если тело движется ускоренно вертикально вверх, то его вес возрастает и при этом тело испытывает перегруз.

Список литературы

Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика – 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

Дать определение весу тела.
В чем различие между весом тела и силой тяжести?
Когда возникает состояние невесомости?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет-портал Physics.kgsu.ru (Источник).
Интернет-портал Festival.1september.ru (Источник).
Интернет-портал Terver.ru (Источник).

interneturok.ru

Презентация по физике на тему: "Вес тела и невесомость"

Слайд 1

Презентация по физике на тему: «Вес тела и сила тяжести» Ученика 7 класса ГБОУ СОШ № 1465 Перец Егора Учитель физики Л.Ю. Круглова Москва, 2014 год

Слайд 2

N - c ила реакции опоры P - в ес тела F - сила тяжести m - масса тела - ускорение свободного падения N F т P

Слайд 3

Вес тела ( P ) –сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. F т P Вес и сила тяжести. Вес тела, покоящегося на горизонтальной поверхности, численно равен силе тяжести, но эти силы приложены к разным телам. Если тело неподвижно висит на подвесе, то роль силы реакции опоры играет сила упругости подвеса.

Слайд 4

Силу тяжести, с которой тела притягиваются к Земле, следует отличать от веса тела. Если тело находится на горизонтальной поверхности, на него действует сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила упругости, с которой опора действует на тело. Силу упругости часто называют силой нормального давления или силой реакции опоры и обозначают . Эти силы уравновешивают друг друга. По третьему закону Ньютона тело тоже действует на опору с равной по модулю силой – силой реакции опоры, направленной в противоположную сторону. Эта сила и называется весом тела.

Слайд 5

Третий закон Ньютона F упр. P Тела действуют друг на друга с силами, равными по величине и направленными противоположно .

Слайд 6

Состояние тела, при котором его вес равен нулю, называется невесомостью . Невесомость означает отсутствие веса, а не массы. Масса тела, находящегося в состоянии невесомости, остается такой же, какой и была. В состоянии невесомости все тела и их отдельные части перестают давить друг на друга. Космонавт при этом перестает ощущать собственную тяжесть; предмет, выпущенный из его пальцев, никуда не падает; маятник замирает в отклоненном положении; исчезает различие между полом и потолком. Все эти явления объясняются тем, что гравитационное поле сообщают всем телам одно и то же ускорение. Невесомость

Слайд 7

Невесомость в условиях орбитального полёта играет роль раздражителя, действующего на организм человека. Она оказывает существенное влияние на многие функции: слабеют мышцы и кости. Однако все эти изменения, вызванные невесомостью, обратимы. В состоянии невесомости может находиться не только космонавт в орбитальной космической станции, но и любое свободно падающее тело (без вращения) тело. Чтобы испытать это состояние, достаточно совершить простой прыжок: между моментом отрыва от Земли и моментом приземления вы будете невесомы!

Слайд 8

Теория близкодействия Тяготение обусловлено существованием гравитационных полей, действия которых распространяются с конечной скоростью (со скоростью света в вакууме). С гравитационными полями связаны геометрические свойства пространства и течение времени: в местах Вселенной , где имеются большие скопления массивных тел, то есть где сильные гравитационные поля, геометрия пространства отклоняется от Евклидовой (пространство «искривляется») и изменяется течение времени (замедляется ход часов).

Слайд 9

Перегрузка Состояние тела, при котором его вес превышает силу тяжести, называют перегрузкой . При перегрузке не только всё тело начинает давить сильнее на опору, но и отдельные части этого тела начинают сильнее давить друг на друга. У человека в состоянии перегрузки затрудняется дыхание, ухудшается сердечная деятельность, происходит перераспределение крови, её прилив или отлив в голове и т. д. P = m ( a + g )

Слайд 10

Сколько весит тело, когда оно падает? Для ответа на этот вопрос проделайте следующий опыт. К крючку динамометра подвесьте гирю. Вы увидите, что пружина растянется, указатель опустится и остановится возле какого – то деления шкалы, показывая вес тела. Теперь динамометр с гирей выпустите из рук, т.е. дайте ему возможность свободно падать (чтобы не испортить прибор, роняйте его на мягкую подставку). Обратите внимание, где находится указатель динамометра во время падения. Оказывается, что во время падения он находится на нулевой отметке.

nsportal.ru

Вес. Невесомость

«Физика - 10 класс»

Вспомните определение силы тяжести. Может ли она исчезнуть?

Как мы знаем, силой тяжести называют силу, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи этой поверхности.

Весом тела называют силу, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Вес не является силой какой-то специфической природы. Это название присвоено частному случаю проявления силы упругости.

Вес действует непосредственно на чашку пружинных весов и растягивает пружину; под действием этой силы поворачивается коромысло рычажных весов. Поясним сказанное простым примером.

Пусть тело А находится на горизонтальной опоре В (рис. 3.9), которой может служить чашка весов. Силу тяжести обозначим через , а силу давления тела на опору (вес) — через 1.Модуль силы реакции опоры равен модулю веса 1 согласно третьему закону Ньютона.

Сила направлена в сторону, противоположную весу 1Сила реакции опоры приложена не к опоре, а к находящемуся на ней телу.

В то время как сила тяжести обусловлена взаимодействием тела с Землёй, вес 1 появляется в результате совсем другого взаимодействия — взаимодействия тела А и опоры В. Поэтому вес обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести.

Важнейшей особенностью веса является то, что его значение зависит от ускорения, с которым движется опора.

При перенесении тел с полюса на экватор их вес изменяется, так как вследствие суточного вращения Земли весы с телом имеют на экваторе центростремительное ускорение. По второму закону Ньютона для тела, находящегося на экваторе, имеем

где N — сила реакции опоры, равная весу тела.

Отсюда

На полюсе вес тела равен силе тяготения. Очевидно, что на полюсе вес тела больше, чем на экваторе.

Остановимся на более простом случае. Пусть тело находится на чашке пружинных весов в лифте, движущемся с ускорением .Согласно второму закону Ньютона

m = +

где m — масса тела.

Координатную ось OY системы отсчёта, связанной с Землёй, направим вертикально вниз. Запишем уравнение движения тела в проекции на эту ось:

mау = Fy + Nу.

Если ускорение направлено вниз, то, выражая проекции векторов через их модули, получаем mа = F - N. Так как N = F1, то mа = F - F1. Отсюда ясно, что лишь при а = 0 вес равен силе, с которой тело притягивается к Земле (F1 = F). Если а ≠ 0, то F1 = F - mа = m(g - а).

Вес тела зависит от ускорения, с которым движется опора, и появление этого ускорения эквивалентно изменению ускорения свободного падения. Если, например, заставить лифт падать свободно, т. е. а = g, то F1 = m(g - g) = 0, тело находится в состоянии невесомости.

Наступление у тел состояния невесомости означает, что тела не давят на опору и, следовательно, на них не действует сила реакции опоры, они движутся только под действием силы притяжения к Земле.

Одинакова ли природа невесомости у тел, находящихся в лифте, и у тел, находящихся в спутнике?

Механическая сущность невесомости состоит в том, что в системе отсчёта, движущейся относительно Земли с ускорением свободного падения, исчезают все явления, которые на Земле обусловлены силой тяжести.

Многократно проводились опыты, в которых создавалось состояние невесомости. Например, самолёт разгоняется и начиная с некоторого момента движется строго по параболе, той, которая была бы в отсутствие воздуха.

В кабине при этом наблюдаются необыкновенные явления: маятник замирает в отклонённом положении, выплеснутая из стакана вода большой сферической каплей повисает в воздухе, и рядом с ней застывают, будто подвешенные на невидимых нитях, все остальные предметы независимо от их массы и формы.

То же самое происходит и в кабине космического корабля при движении его по орбите. На большой высоте над Землёй почти нет воздуха, так что не надо его сопротивление компенсировать работой двигателей. Да и полёт длится не минуту, а многие сутки.

Источник: «Физика - 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Динамика - Физика, учебник для 10 класса - Класс!ная физика

Основное утверждение механики --- Сила --- Инертность тела. Масса. Единица массы --- Первый закон Ньютона --- Второй закон Ньютона --- Принцип суперпозиции сил --- Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» --- Третий закон Ньютона --- Геоцентрическая система отсчёта --- Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины --- Силы в природе --- Сила тяжести и сила всемирного тяготения --- Сила тяжести на других планетах --- Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» --- Первая космическая скорость --- Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» --- Вес. Невесомость --- Деформация и силы упругости. Закон Гука --- Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» --- Силы трения --- Примеры решения задач по теме «Силы трения» --- Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) ---

Устали? - Отдыхаем!

Вверх

class-fizika.ru