Закон всемирного тяготения. Первая космическая скорость. Сила тяжести. Вес. Невесомость. - презентация

1

2 И. Ньютон не только открыл три закона механического движения, но и изучил движение небесных тел. Он был первым, кто доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли, обращение планет вокруг Солнца, - одна и та же. Это силы тяготения, действующие между любыми телами. Теперь эти силы называют гравитационными или силами всемирного тяготения.

3 На каждую планету, обращающуюся вокруг Солнца, действует со стороны Солнца гравитационная сила. В то же время каждая планета действует с гравитационной силой на Солнце. Подобные силы действуют между Луной и Землёй, космическим кораблём и Землёй, между Землёй и падающим на неё телом, между любыми телами Вселенной.

4 Ньютону удалось доказать, что гравитационные силы зависят от масс обоих взаимодействующих тел и от расстояния между ними.

5 Опираясь на результаты наблюдений астрономов за небесными телами, Ньютон доказал, что сила всемирного тяготения зависит от расстояния между взаимодействующими телами, а именно её модуль обратно пропорционален квадрату этого расстояния: F ~ 1/R ²

6 Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется так: Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению масс этих тел и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. где R – расстояние между телами (материальными точками); m 1 и m 2 – масса взаимодействующих тел; G –коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел (постоянная всемирного тяготения или гравитационная постоянная). Оба вывода можно объединить и записать:

7 Как Исаак Ньютон открыл закон ? На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло : он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая - то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите. Это был примерно 1665 год, тогда он только высказал предположение.

8 Границы применимости закона Закон всемирного тяготения имеет определенные границы применимости; он применим, если : 1) взаимодействующие тела – материальные точки; 2) тела имеют форму шара; 3) одно из тел - шар большого радиуса, взаимодействующий с телом, размер которого много меньше размеров шара. Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара. Сила тяготения становится заметной только тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет очень большую массу (планета, звезда).

9 Сила тяготения обладает очень интересными, необычными свойствами. Для нее не существует никаких преград. Она действует между телами, разделенными безвоздушным пространством и находящимися как угодно далеко друг от друга. Тяготение не поглощается межзвездной средой, не ослабевает, когда на его пути встречаются какие-либо тела. Например, в моменты лунных затмений между Солнцем и Луной находится Земля, которая могла бы преградить путь силе тяготения между Солнцем и Луной так же, как лучам света. Это повлияло бы на движение Луны. Однако такое влияние не обнаруживается.

10 Притяжение двух м асс Мы видали много р аз Как привязанные г де - то, К С олнцу тянутся планеты

11 Опыт Кавендиша доказывает закон. Кавендиш положил на один конец аптечных весов тело небольших размеров, а на другой гирьку такой же массы как и тело, уравняв весы. К телу он поднес свинцовый шар массой 6000 кг. Тело начало притягиваться к шару, при этом нарушилось равновесие весов

12 В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом. В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом. Ккаждое тело массой М создает вокруг себя поле, которое называют гравитационным. Если в некоторую точку этого поля поместить пробное тело массой т, то гравитационное поле действует на данное тело с силой F, зависящей от свойств поля в этой точке и от величины массы пробного тела. Механизм гравитационного взаимодействия

13 Физический смысл гравитационной постоянной Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения двух тел, массой 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения двух тел, массой 1 кг ккаждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

14 Гравитационное поле СУЩЕСТВУЕТ ВОКРУГ ЛЮБОГО ТЕЛА ОСУЩЕСТВЛЯЕТ ПРИТЯЖЕНИЕ МЕЖДУ ТЕЛАМИ ВСЕПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ГРАВИТАЦИОННЫМ ЗАРЯДОМ - МАССОЙ

15

16 На больших высотах воздух сильно разрежен и оказывает незначительное сопротивление движущимся в нём телам. Поэтому можно считать, что на спутник действует только одна гравитационная сила, направленная к центру Земли.

17

18 Из полученной формулы следует, что скорость спутника зависит от его высоты над поверхностью Земли: чем больше эта высота, тем с меньшей скоростью он будет двигаться по круговой орбите. Примечательно то, что эта скорость не зависит от массы спутника. Значит, спутником Земли может стать любое тело, если ему сообщить определённую скорость. В частности, при h = 2000 км скорость υ 6900 м/с. Скорость, которую необходимо сообщить телу у поверхности планеты, чтобы оно стало её спутником, движущимся по круговой орбите, называется первой космической скоростью.

19 Первую космическую скорость υ 1 можно найти, если принять h = 0 : Подставив в эту формулу значение G и значение величин М и R для Земли, можно вычислить первую космическую скорость для спутника Земли:

20 Если такую скорость сообщить телу в горизонтальном направлении у поверхности Земли, то при отсутствии атмосферы оно станет искусственным спутником Земли, обращающимся вокруг неё по круговой орбите Такую скорость спутникам способны сообщать только мощные космические ракеты.

21 В настоящее время вокруг Земли обращаются тысячи искусственных спутников. Руками человека за годы освоения космоса создавались и искусственные спутники Луны, планет Венера и Марс, а также Солнца. Спутник Марса «Маринер» Спутник Луны «Луна-10» Спутник Венеры «Венера-4»

22 Вес сила воздействия тела на опору или подвес, возникающая из-за гравитационного притяжения. Как правило говорят о притяжении Земли, но весом обладают тела и на других планетах.сила Земли Вес в инерциальной системы отсчёта совпадает с силой тяжести и пропорционален массе и ускорению свободного падения в данной точке инерциальной системы отсчёта массе ускорению свободного падения

23 Значение веса (при неизменной массе тела) пропорционально ускорению свободного падения, которое зависит от высоты над земной поверхностью, и, ввиду не сферичности Земли от географических координат точки измерения. Другим фактором, влияющим на ускорение свободного падения и, соответственно, вес тела, являются гравитационные аномалии, обусловленные особенностями строения земной поверхности и недр в окрестностях точки измерения.не сферичности Землигеографических координат гравитационные аномалии При движении системы тело - опора (или подвес) относительно инерциальной системы отсчёта c ускорением вес перестаёт совпадать с силой тяжести:инерциальной системы отсчёта

24 НЕВЕСОМОСТЬ Если тело вместе с опорой свободно падает, то a = g, и из формулы P = m(g – a) следует, что P = 0. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением сводного падения называется невесомостью. Невесомость бывает двух видов: 1) Статическая невесомость – потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из – за ослабления притяжения. 2) Динамическая невесомость – состояние, в котором находится человек во время полета по орбите.

25 Возникновение динамической невесомости

26 Тело под действием внешних сил будет в состоянии невесомости, если: 1) Действующие на тело силы являются только массовыми (силы тяготения); 2)Поле этих массовых сил локально однородно; 3)Начальные скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы.

27 Пламя в невесомости В невесомости пламя свечи принимает сферическую форму и имеет голубой цвет Пламя свечи на Земле Пламя в невесомости

28 Кипение жидкости в невесомости В невесомости кипение становится гораздо более медленным процессом. Однако вибрация жидкости может привести к ее резкому вскипанию. Этот результат имеет значение для космической индустрии. Кипение воды на Земле Кипение воды в условиях невесомости

29