Закон всемирного тяготения. Движение тел под действием силы тяжести

Исходя из трактовки второго закона Ньютона, можно сделать вывод, что изменение движения происходит посредствам силы. Механика рассматривает силы различной физической природы. Многие из них определяются с помощью действия сил тяготения.

Закон всемирного тяготения. Формулы

В 1862 году был открыт закон всемирного тяготения И. Ньютоном. Он предположил, что силы, удерживающие Луну, той же природы, что и силы, заставляющие яблоко падать на Землю. Смысл гипотезы состоит в наличии действия сил притяжения, направленных по линии и соединяющих центры масс, как изображено на рисунке 1.10.1. Шаровидное тело имеет центр массы, совпадающий с центром шара.

Рисунок 1.10.1. Гравитационные силы притяжения между телами. F1→=-F2→.

Далее, Ньютон искал физическое объяснение законам движения планет, которые открыл И. Кеплер в начале XVII века, и давал количественное выражение для гравитационных сил.

Определение 1

При известных направлениях движений планет Ньютон пытался выяснить, какие силы действуют на них. Этот процесс получил название обратной задачи механики.

Основная задача механики – определение координат тела известной массы с его скоростью в любой момент времени при помощи известных сил, действующих на тело, и заданным условием (прямая задача). Обратная же выполняется с определением действующих сил на тело с известным его направлением. Такие задачи привели ученого к открытию определения закона всемирного тяготения.

Ускорение свободного падения

Определение 2

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

F=Gm1m2r2.

Значение G определяет коэффициент пропорциональности всех тел в природе, называемое гравитационной постоянной и обозначаемое по формуле G=6,67·10-11 Н·м2/кг2 (СИ).

Большинство явлений в природе объясняются наличием действия силы всемирного тяготения. Движение планет, искусственных спутников Земли, траектории полета баллистических ракет, движение тел вблизи поверхности Земли – все объясняется законом тяготения и динамики.

Определение 3

Проявлении силы тяготения характеризуется наличием силы тяжести. Так называется сила притяжения тел к Земле и вблизи ее поверхности.

Когда

Урок 08. Лекция 08. Силы в механике

Сила — физическая величина, которая определяет меру воздействия одного тела на другое.

Сила – векторная величина; она характеризуется:

Измеряется при помощи прибора «динамометр».

Единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ) — Ньютон, обозначение [Н].

В природе существуют различные силы.

Гравитационные силы действуют между всеми телами – все тела притягиваются друг к другу. Но это притяжение существенно лишь тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих сил так же велико, как Земля или луна.

Электромагнитные силы действуют между заряженными частицами. В атомах, молекулах, живых организмах именно они являются главными.

Область ядерных сил очень ограничена. Они заметны только внутри атомных ядер (т.е. на расстоянии 10^-12 см.)

Слабые взаимодействия проявляются на ещё меньших расстояниях. Они вызывают превращение элементарных частиц друг в друга.   

Основные виды сил: сила тяжести, сила трения, сила упругости.

Почему мяч, выпущенный из рук, падает вниз? Почему прыгнувший вверх человек вскоре снова оказывается внизу? У этих явлений одна и та же причина – притяжение Земли. Наблюдения за природными объектами показывают, что все окружающие тела ощущают притяжение к Земле. Падает вниз вода фонтанов, водопадов и листья деревьев.

Силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности называют

сила тяжести.

F_тяж = m·g   

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Сила тяжести направлена к центру Земли. Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела.

   

Сила тяжести – одно из проявлений силы всемирного тяготения.

Обозначим массу Земли – М, массу тела – m, радиус Земли – R, тогда сила тяготения:

   

Он же и есть сила тяжести.

   m — масса тела

   g – ускорение свободного падения.

Из закона Всемирного тяготения:  ,  где M — масса планеты, m — масса тела, R — расстояние до центра планеты; g — ускорение силы тяжести. Значит g не зависит от массы тела. 

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения на поверхности Земли.

Сила тяжести это гравитационная сила, приложенная к центру тела и направленная к центру Земли.

В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения. Среднее значение ускорения свободного падения для различных точек поверхности Земли равно 9,81 м/с

2.

   

Значит g не зависит от массы тела.

На высоте h ускорение свободного падения равно  

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорение свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния r до центра Земли.

При соприкосновении двух движущихся тел возникает сила, направленная против движения и препятствующая движению — сила трения.

Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направлена против движения.

Сила трения — это сила электромагнитной природы.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, силы трения скольжения, силы трения качения.

Fтр = м*N, где м – коэффициент трения , N – сила реакции опоры.

Сила упругости – сила, которая возникает при любом виде деформации тел и стремится вернуть тело в первоначальное состояние.  

Fупр_x = — k*x, где k – жесткость тела [Н/м], х — абсолютное удлинение тела.

Сила упругости перпендикулярна поверхности взаимодействующих тел и направлена всегда против деформации.

Зачет по теме «Силы в природе»

Вопросы к зачету

1. Какие виды взаимодействия существуют в природе? К какому из них относится взаимодействие, приводящее к появлению силы упругости?

2. Вследствие чего появляется сила упругости?

3. Что такое деформация? Какую деформацию называют упругой, а какую пластичной? Назовите виды деформаций.

4. При каких условиях возникают деформации тел?

5. Что такое сила упругости? Какова природа этой силы?

6. Как направлены силы упругости?

7. Что такое реакция опоры или подвеса?

8. Перечислите особенности сил упругости?

9. Как формулируется и записывается закон Гука?

10. Что такое жесткость? Какова единица жесткости в системе СИ?

11. Постройте график, иллюстрирующий закон Гука.

12. Как формулируется закон всемирного тяготения?

13. Какой вид имеет формула всемирного тяготения для материальных точек?

14. Что называют гравитационной постоянной? Каков ее физический смысл? Каково ее значение в системе СИ?

15. Что называют гравитационным полем?

16. Зависит ли сила тяготения от свойств среды, в которой находятся тела?

17. Зависит ли работа силы тяготения от траектории движения тела? От чего зависит работа этой силы?

18. Что называют силой тяжести? По какой формуле определяют модуль силы тяжести?

19. Зависит ли сила ускорения свободного падения тела от его массы?

20. Одинакова ли сила тяжести в различных точках земного шара?

21. Объясните влияние вращения Земли вокруг оси на ускорение свободного падения.

22. Как изменяется сила тяжести при удалении тела от поверхности Земли?

23. Куда приложена сила тяжести, действующая на любое тело?

24. Какое числовое значение ускорения свободного падения используется в расчетах?

25. Какие силы называют силами трения?

26. Какова классификация основных видов трения?

27. Назовите виды трения. Когда они возникают?

28. Дайте физическую суть трения покоя. Напишите формулу закона, определяющего модуль силы трения покоя.

29. Что представляет собой коэффициент трения покоя?

30. Сделав чертеж и расчет, объясните, как на опыте определить значение коэффициента трения покоя.

31. В чем заключается физическая суть трения скольжения? Напишите формулу закона, определяющего собой коэффициент трения скольжения.

32. Что представляет собой коэффициент трения скольжения? От чего зависит его значение?

33. Охарактеризуйте трение качения. Объясните природу возникновения силы трения качения.

34. Объясните роль смазки. Какое трение называют сухим?

35. Существует ли трение покоя в жидкостях и газах?

36. От чего зависит сила сопротивления движению тела в жидкости и газе?

37. Как влияет форма тела на его скорость при движении в жидкостях и газах?

Вопросы к зачету

1. Какие виды взаимодействия существуют в природе? К какому из них относится взаимодействие, приводящее к появлению силы упругости?

2. Вследствие чего появляется сила упругости?

3. Что такое деформация? Какую деформацию называют упругой, а какую пластичной? Назовите виды деформаций.

4. При каких условиях возникают деформации тел?

5. Что такое сила упругости? Какова природа этой силы?

6. Как направлены силы упругости?

7. Что такое реакция опоры или подвеса?

8. Перечислите особенности сил упругости?

9. Как формулируется и записывается закон Гука?

10. Что такое жесткость? Какова единица жесткости в системе СИ?

11. Постройте график, иллюстрирующий закон Гука.

12. Как формулируется закон всемирного тяготения?

13. Какой вид имеет формула всемирного тяготения для материальных точек?

14. Что называют гравитационной постоянной? Каков ее физический смысл? Каково ее значение в системе СИ?

15. Что называют гравитационным полем?

16. Зависит ли сила тяготения от свойств среды, в которой находятся тела?

17. Зависит ли работа силы тяготения от траектории движения тела? От чего зависит работа этой силы?

18. Что называют силой тяжести? По какой формуле определяют модуль силы тяжести?

19. Зависит ли сила ускорения свободного падения тела от его массы?

20. Одинакова ли сила тяжести в различных точках земного шара?

21. Объясните влияние вращения Земли вокруг оси на ускорение свободного падения.

22. Как изменяется сила тяжести при удалении тела от поверхности Земли?

23. Куда приложена сила тяжести, действующая на любое тело?

24. Какое числовое значение ускорения свободного падения используется в расчетах?

25. Какие силы называют силами трения?

26. Какова классификация основных видов трения?

27. Назовите виды трения. Когда они возникают?

28. Дайте физическую суть трения покоя. Напишите формулу закона, определяющего модуль силы трения покоя.

29. Что представляет собой коэффициент трения покоя?

30. Сделав чертеж и расчет, объясните, как на опыте определить значение коэффициента трения покоя.

31. В чем заключается физическая суть трения скольжения? Напишите формулу закона, определяющего собой коэффициент трения скольжения.

32. Что представляет собой коэффициент трения скольжения? От чего зависит его значение?

33. Охарактеризуйте трение качения. Объясните природу возникновения силы трения качения.

34. Объясните роль смазки. Какое трение называют сухим?

35. Существует ли трение покоя в жидкостях и газах?

36. От чего зависит сила сопротивления движению тела в жидкости и газе?

37. Как влияет форма тела на его скорость при движении в жидкостях и газах?

Таблица обобщающего урока «Силы в природе» (9 класс)

Повышение эффективности консультаций подготовки ОГЭ по физике

Шалимова Татьяна Алексеевна учитель физики МОУ финно-угорской школы г Петрозаводск

(Продолжение 9)

Таблица обобщающего урока « Силы в природе»

Сила – это действие другого тела, сколько тел действует (соприкасается с телом), столько и сил. Сила – это ВЕКТОРНАЯ физическая величина, приложенная к телу со стороны другого тела F – сила [ Ньютон = Н ] Динамометр- прибор для измерения сил

к

со стороны

направ

лена

формула

рис

F

R расстояние между цент

рами тел м

Gравитационная постоянная

сила тяготения

10.20 –

10.24

задачник 9кл Генденштейн

з Всемирного тяготения: тела взаимодействуют силами пропорциональными произведению масс тел и обратнопропорциональными квадрату расстояния между центрами тел

F = G m ₁m ₂/R ² (1)

G= 6,67 10 ^-11

Н м²/кг²

Fm

Р – вес тела в покое

сила тяжести – частный

случай F_тяг.

вес

центру тяжести тела

к опоре или подвесу

Земли

деформированного тела

вдоль отвеса

перпендикулярно опоре

Fm = m g (2)

g =10 м/с ²

Р = m g

F_упр

k –жескость Н/м

∆x – удлинение м

Т – сила натяжения подвеса

сила упругости

6.32

6.37

6.38

6.39

к телу

опоры или подвеса

против деформации

F_упр= — k ∆x (3)

з Гука

Т N

F_тр

μ — коэффициент трения

N- cила реакции опоры

сила трения

11.26

11.27

11.37

вдоль двух соприкасающихся поверхностей

против движения

F_тр= μ N (4)

F_А

ρ_ж-плотность жидкости

кг/ м ³

V- объём погруженной

части тела м ³

сила Архимеда

13-15
29-33

стр134

на центр погруженной части тела

жидкости

вверх

F_А = ρ_жV погр ч g (5)

Условие плавания:

F_m = F_A

Класс делим на 5 групп, группы получают задания и готовятся к выступлению. Группы имеют в пользовании Справочный материал.

Задание для 1 группы:

1. Сформулируйте закон Всемирного тяготения

2. Как зависит сила тяготения от массы тел?

3. Как зависит сила тяготения от расстояния между телами?

4. Решите задачи, предложенные во втором столбце

5. Решение одной задачи объясните на доске

Задание для 2, 3, 4, 5 группы ( вес, сила упругости, сила трения, сила Архимеда):

1. Объедините информацию 3, 4, 5 столбца и сформулируйте определение силы

2. В формуле для расчёта силы, назовите все физические величины и единицы измерения СИ

3. Покажите по рис. направление действия силы

4. Решите задачи, предложенные во втором столбце по задачнику Л.Э. Генденштейна физика 9 класс

5. Решение одной задачи объясните на доске

После выступления проводим работу Эхо: «учим хором» буквы, физические величины, единицы измерения и пишем Диктант по плану:1)Какой буквой обозначается..? 2) В каких единицах в СИ измеряется..? 3) По какой формуле можно рассчитать..? 4) Вырази … из формулы №..? 5) Сделай перевод в СИ…

Во время такого обобщающего урока или консультации ОГЭ организованы познавательные виды деятельности: перенос информации из одной знаковой системы в другую ( Таблица, Справочник, устная, письменная речь), коммуникативные виды деятельности в группах, регулятивные виды деятельности при самостоятельной подготовке к ОГЭ. Д/з № 3, 6 выборочно КИМы ОГЭ Физика 2019г

упругость, трение, сила тяжести. — КиберПедия

Сила, с которой тело притягиваются к Земле, называется силой тяжести.

Fт – сила тяжести. Она направлена вертикально вниз если не учитывать. Точка приложения силы тяжести находится в центре тела.

g = 9,8 Н/кг – коэффициент пропорциональности, показывающий, что на тело массой 1 кг действует сила тяжести равная 9,8 Н

F_Т = mg – модуль силы тяжести, где m – масса тела.

Отсюда видим, что сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.

Сила тяжести, действующая на данное тело зависит:

1. От высоты тела над поверхностью Земли. Если тело поднять на некоторую высоту, то сила тяжести уменьшится.

2. От местоположения на Земле. Вследствие вращения Земли она сплюснута у полюсов. Тело находится ближе к центру Земли и g больше, поэтому на полюсах сила тяжести больше чем на экваторе.

Сила тяжести равна сила всемирного тяготения, действующая на тело со стороны Земли, (если не учитывать суточное вращение Земли).

Сила упругости – это сила, возникающая при деформации тела и препятствующая ей.

F_упр – сила упругости. Она направлена всегда против деформации тела.

Точка приложения силы упругости находится на опоре, или на подвесе

Английский ученый Роберт Гук установил: сила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения и сжатия, прямо пропорциональна абсолютному удлинению тела и направлена против деформации. L₀— начальная длина тела. L – конечная длина тела. ∆L = L – L₀ –удлинение тела, показывает на сколько изменяется длина тела F_внеш. – внешняя сила, вызывающая деформацию тела. ∆L>0 , при деформации растяжения. ∆L<0 , при деформации сжатия.

F_упр.= k | ∆L| -закон Гука

k – жесткость тела – физическая величина, показывающая какая сила упругости возникает в теле при его удлинении на 1 м. [к] = Н/м

Сила трения – это сила, возникающая при касании двух тел и препятствующая их взаимному перемещению. Сила трения всегда направлена против скорости тела.

Причиной возникновения силы трения покоя является:

1. Неровности на соприкасающихся телах.
2. Силы взаимного притяжения между молекулами соприкасающихся тел.

Чтобы уменьшить трение используют смазку, которая заполняет неровности и разъединяет молекулы соприкасающихся тел, не давя им притягиваться. Сила трения относится к электромагнитным силам.

Виды трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

Трение покоя.

F тр. пок. – это сила препятствующая началу движения одного тела по поверхности другого.

F_тр.пок. = F _тяги, если v = 0

F тр.пок. мах. – сила трения покоя максимальная

F тр.пок. мах. = F _тяги, если v = const, т. е. она равна той силе тяги, которая сдвигает тело с места.

Сила трения покоя играет большую роль в нашей жизни, т. к. благодаря ей мы можем перемещаться; она помогает сдвинуть с места транспортное средство, она удерживает одно тело на поверхности другого.

Сила трения скольжения.

Сила трения скольжения – это сила трения возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого.Fтр. ск. = F тяги, если тело движется прямолинейно и равномерно.

Fтр. ск.<F тр.пок. мах.

Сила трения скольжения не зависят от площади соприкасающихся тел.

Fтр. ск. зависит:

1.от силы давления. Чем больше сила давления, тем больше и сила трения.

2. от качества обработки поверхностей соприкасающихся тел

3. от материала соприкасающихся тел.

Сила трения качения.

Сила трения качения — это сила, препятствующая качению одного тела по поверхности другого.

Основная причина ее возникновения в том, что катящееся тело, деформирует опору и ему приходится все время выкатываться из образующейся лунки.

Fтр. кач. = F тяги, если тело движется прямолинейно и

При прочих равных условиях сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.

На этом свойстве основано применение шариковых и роликовых подшипников.

Сила сопротивления.

Сила сопротивления – это сила трения возникающая при движении тела в жидкости или газе. В жидкости нет силы трения покоя, поэтому даже небольшая сила тяги может сдвинуть тело с места.

F_с зависит:

1. от скорости движения тела. При небольших скоростях Fc прямо пропорциональна скорости, а при больших скоростях пропорциональна квадрату скорости.
2. от геометрической формы тела. Наиболее обтекаемой является каплевидная форма тела.
3. от вязкости жидкости. Чем больше вязкость, тем больше сила сопротивления.

F_{тр. .} = μ_.F_д = μN

μ_{. –} коэффициент трения F_д — сила давления на опору N – сила реакции опоры.

Если между соприкасающимися телами имеется слой смазки, то трение называют жидким, а если смазки нет, то – сухим.

Сила трения не потенциальная сила, т. е работа этой силы зависит от формы траектории движения и на замкнутой траектории работа этой силы не равна нулю.

 

3.Решите задачу: ударом клюшки хоккейной шайбе сообщили скорость 20 м/с. Через 2 секунды

скорость шайбы, движущейся прямолинейно, стала равна 16 м/с. Найдите ускорение шайбы.

Решение: по формуле для вычисления ускорения a=Dv/t путём вычислений получаем, что ускорение

шайбы 2 м/с².

 

Билет №24

Сила — урок. Физика, 7 класс.

Каждый из нас постоянно встречается с различными случаями действия тел друг на друга.

В результате взаимодействия скорость движения какого-либо тела меняется.

Пример:

Толкая руками тележку, можно привести её в движение. Скорость тележки меняется под действием руки человека.

 

Действуя на пружину рукой, можно её сжать. Сначала в движение придёт конец пружины, затем это движение передаётся остальным частям пружины. Распрямляясь, сжатая пружина может привести в движение шарик.

 

При сжатии пружины действующим телом была рука человека, а при распрямлении действующим телом была сама пружина, которая привела шарик в движение.

Тело под действием другого тела может приходить в движение, может останавливаться или изменять направление своего движения, т.е.

скорость тела меняется при взаимодействии его с другими телами.

Часто говорят, что на тело действует сила или к телу приложена сила.

Под действием силы тело меняет свою скорость.

Сила, действующая на тело, может изменить не только скорость всего тела, но и отдельных его частей.

Пример:

Доска, лежащая на опорах, прогибается, если на неё садится человек, т.е. доска меняет свою форму, деформируется.

Деформацией называется любое изменение формы и размера тела.

Для приведения в движение грузовой машины необходима большая сила, чем для приведения в движение легковой автомашины, т.е. числовое значение силы может быть различным.Сила является мерой взаимодействия тел.

 

Сила, как и скорость, является векторной величиной.

Сила характеризуется не только числовым значением, но и направлением.

Обозначают силу — F→, а модуль силы — \(F\).

 

В честь английского физика Исаака Ньютона, проделавшего огромные исследования в природе существования и использования различных видов силы, за единицу измерения силы в физике принят \(1 ньютон\) — (\(1 Н\)).

 

Сила в \(1 Н\) будет приложена к телу, если тело массой \(1 кг\) под воздействием этой силы меняет свою скорость на \(1 м/с\) за \(1 секунду\), т.е.

1Н=1кг⋅мс2.

 

Также важно указать, к какой точке тела приложена сила.

 

 

Начало отрезка — точка \(А\) — есть точка приложения силы F→,

в конце отрезка — стрелка.

Результат действия силы на тело зависит от её модуля, направления и точки приложения.

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2013.

Сколько сил существует в природе (в День физики)

Сколько сил существует в природе? (в День физики)

Слову «сила» соответствует огромное количество смыслов и толкований. В любом толковом словаре объяснению этого слова отводится немалое место. Одних словосочетаний с ним существует огромное количество: физическая сила и сила воли, лошадиная сила и сила убеждения, сила пара и сила привычки, центробежная сила, сила любви и т. д.

А сколько существует пословиц с этим словом — «Сила есть, ума не надо» или «Сила солому ломит». Сколько же различных типов сил существует в природе? Несмотря на удивительное разнообразие явлений и веществ, их не так много:

1) сила тяготения, 
2) электромагнитные, 
3) ядерные силы,
4) силы слабых взаимодействий.

Гравитационные

Сила тяготения

Электромагнитные

Мелкие железные опилки в магнитном поле 
дают картинку магнитных силовых линий

Сила трения имеет электромагнитную природу


Упругие силы — это тоже проявление электромагнитных сил

Ядерные

Взаимодействия между частицами атомного ядра — 
нуклонами(протонами и нейтронами)

Слабые

Термоядерная реакция синтеза гелия из протонов в звездах (в том числе на Солнце)

С проявлением всех четырех мы встречаемся, изучая то, что происходит в безграничных просторах Вселенной.