Вес тела невесомость доклад
Обновлено: 05.07.2024
Существует различие между силой тяжести m g → и весом тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.
Вес тела – это сила, с которой притягивается тело Землей и действует на опору или подвес, причем неподвижно и относительно опоры или подвеса.
На рисунке 1 . 11 . 1 изображено неподвижное тело.
Система отсчета, связанная с Землей, называется инерциальной.
Тело подвергается воздействию силы тяжести F → = m g → , направленной вертикально вниз, и силы упругости F → у = N → , действующей на него.
Реакция опоры
Силу N → называют силой нормального давления или силой реакции опоры.
Действующие на тело силы всегда уравновешивают друг друга по формуле F т → = - F → y = - N → . По третьему закону Ньютона имеем, что тело, подвергающееся воздействию силы P → на опору, равняется по модулю силе реакции опоры направленной в противоположную сторону, тогда P → = - N → .
Из определения видно, что P → называют весом тела. По соотношениям P → = F т → = m g → он равняется силе тяжести. Причем силы приложены к разным телам.
Рисунок 1 . 11 . 1 . Вес тела и сила тяжести. m g → – сила тяжести, N → – сила реакции опоры, P → – сила давления тела на опору (вес тела). m g → = - N → = P → .
Когда тело находится в неподвижном подвешенном состоянии на пружине, тогда роль силы реакции опоры относят к упругой силе пружины. При ее растяжении определяется вес тела и сила его притяжения Землей. Для этого применяют рычажные весы, сравнивая вес данного тела с весом гирь на равноплечем рычаге. Когда они находятся в равновесии, можно достичь равенства массы тела суммарной массой гирь. Значение ускорения свободного падения от этого не зависит.
Если поднять в гору на 1 к м пружинные весы, то их показания изменятся на 0 , 0003 от начального значения. Но состояние равновесия сохраняется. Рычажные весы считают прибором для определения массы тела при помощи сравнения с массой гирь, то есть эталонов.
Если тело располагается на опоре или подвешено на пружине, движущейся с ускорением a → относительно Земли. Такая система отсчета не считается инерциальной. Тело подвергается воздействию силы тяжести m g → и силы реакции опоры N → . Отличие массы от веса состоит в том, что они друг друга не уравновешивают в данном случае.
Вес тела
Исходя из второго закона Ньютона m g → + N → = m a → или N → = m ( a → - g → ) .
Действующая на опору сила P → со стороны тела называется весом тела, а исходя из третьего закона Ньютона, равняется - N → . Тогда он в равноускоренно движущемся лифте равняется
Имеется вектор ускорения a → , направленный по вертикали вниз или вверх. При определении оси О у вертикально вниз, векторное уравнение для P → получает скалярную форму записи
Из формулы видно, что P , g и a рассматриваются как проекции векторов P → , g → и a → на ось O Y . Вертикальное направление оси говорит о том, g = c o n s t > 0 , а P и a принимают положительные и отрицательные значения. Рисунок 1 . 11 . 2 показывает направление вниз вектора ускорения a → при a > 0 .
Рисунок 1 . 11 . 2 . Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения a → направлен вертикально вниз. 1 ) a g , P m g ; 2 ) a = g , P = 0 (невесомость); 3 ) a > g , P 0 .
Формула P = m ( g - a ) указывает на наличие меньшего действия веса тела P , в отличие от силы тяжести при a g . Когда a > g , вес тела меняет знак на противоположный. Это говорит о прижимании тела не к полу, а к потолку кабины лифта. При падении тело соответствует условиям a = g , то P = 0 . Это состояние получило название невесомости. Его возникновение возможно в кабине космического корабля во время движения по орбите с выключенными реактивными двигателями.
На рисунке 1 . 11 . 3 показано направление вектора ускорения вертикально вверх, откуда следует a 0 . Очевидно, что вес тела превышает силу тяжести по модулю.
Перегрузка
Перегрузка – это увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса.
Действие перегрузки на себе ощущали космонавты при взлете во время вхождения в плотные слои атмосферы. Также это явление характерно для летчиков, выполняющих фигуры высшего пилотажа.
Рисунок 1 . 11 . 3 . Вес тела в ускоренно движущемся лифте. Вектор ускорения a → направлен вертикально вверх. Вес тела приблизительно в два раза превышает по модулю силу тяжести (двукратная перегрузка).
Невесомость означает отсутствие веса. Весом (в отличие от массы) называется сила, с которой тело воздействует на опору. Он пропорционален массе тела и ускорению, с которым тело движется.
Отсутствие веса у жидкостей делает невозможной работу обычной системы подачи топлива. Топливо, как и любая другая жидкость, собирается в сферу и в камеру сгорания поступать не будет. Для космических двигателей придуман топливный бак с разделителем фаз. Кроме того, пришлось устанавливать дополнительные двигатели, чтобы на разгоне топливо осаждалось на дно бака.
Личная гигиена, питание, вентиляция, обслуживание и ремонт оборудования – буквально всё, из чего состоит обыденная жизнь и работа, потребовало совершенно новых конструкторских решений.
Для тестирования и тренировки космонавтов используется летающая лаборатория Ил-76 МДК. Самолёт переоборудован для полёта по кеплеровой параболе, в верхней части которой наступает невесомость продолжительностью в несколько десятков секунд.
Такой полёт в рамках космического туризма доступен любому человеку с хорошим здоровьем.
Вариант №2
Невесомость представляет собой состояние, при котором вес тела равняется нулю. Именно вес, так как масса предмета, при любом условии, остаётся неизменной. Обусловлено это отдалением от зоны действия земной гравитации и отсутствием таких факторов, как сил тяжести, сила сопротивления и реакция плоскости. Все тела начинают двигаться с одинаковым ускорением, поэтому человек, находящийся в космосе не чувствует тяжесть собственного тела, становиться невесомым, предметы, выпущенные в невесомость, не могут столкнуться и упасть, так так пол, стены и все окружение движется с той же скоростью, что и они.
Для нас невесомость - не природная стихия, соответственно неблагоприятно сказываться на организме в целом. Снижается мышечный тонус, не используясь по своему назначению мышцы выключаться, что может привести к их атрофированию Слабеют кости из-за нарушения фосфорного обмена. Нарушается работа кровеносной системы - сердцу, как главному насосу, нет необходимости с прежней силой продавливать кровь по сосудам, доставляя ее к мозгу. Все это называется синдромом космической адаптации. Только при правильной организации деятельности в невесомости, а именно заблаговременная подготовка космонавтов к невесомости в космических лабораториях, специальные физические нагрузки и медикаменты, возможно избежать пагубного ее воздействия.
Невесомость - это не только космос и внеземное пространство, любой, свободно падающий предмет, некоторой время находится в состоянии невесомости. Человеку же достаточно подпрыгнуть, и отрезок времени между отрывом и приземлением обратно на землю и будет невесомость. Также чувство невесомости, как побочное явление ощущается при полетах на гражданских самолётах. Но, так как, это состояние опасно для неподготовленного человека, пилоты, во избежание осуществляют посадку постепенно сбрасывая высоту, как бы опускаясь по ступеням. Подобное чувство известно и гонщикам на спортивных соревнованиях.
На межорбитальных станциях уделяют огромное внимание изучению и организации быта космонавтов в состоянии невесомости. Например, чтобы избежать застоя углекислого газа, накапливаемого при дыхании, устанавливают большое количество вентиляторов, которые перемешивают его с кислородом.
В настоящее время для подготовки космонавтов к выходу в космос существуем несколько способов. Как и раньше, большинство из них тренируются в космических лабораториях. Это переоборудованный самолёт, движущийся по баллистической траектории. Такой способ тренировки позволяет космонавтам до 40 секунд погружаться в состояние невесомости, отрабатывая необходимые навыки.
Российская компания Росскосмос и ряд других, производят самолёты, способные осуществлять полеты достигая состояния невесомости, не выходя в космос. За время полета, а это обычно полтора часа, пилот проводит около десяти сессий по 25 секунд невесомости. Процесс довольно дорогостоящий, но тем не менее, позволяет желающему, не выходя в космическое пространство, очутится в невесомости.
По физике 7, 9, 10 класс кратко
Невесомость по физике
Неметаллы представляют собой особые химические элементы. Еще совсем недавно эти элементы называли металлоидами. Они отличаются тем, что из- за небольшого радиуса атома, а также присутствия трех и более отрицательно
Фрезия – прекрасный цветок, который растет и в дикой природе, и в культурных сообществах, садах, оранжереях. Это изысканный шикарный цветок, который удивит каждого своей невероятной красотой. Относится к семейству Ирисовых.
Купальница - это красивое, и на сегодняшний день редкое растение, которое занесли в Красную книгу. Красота этого цветка сопровождается соцветием имеющим форму шара. Этот цветок чаще всего может быть любого цвета, чаще всего это оранжевый
Сущность веса тела
Как известно из курса физики в 10 классе, любое тело, находящееся на Земле, испытывает действие силы тяжести. Однако далеко не в любом случае сила тяжести приводит к движению тела. В большинстве случаев на тело действует еще одна сила, уравновешивающая силу тяжести. Эта уравновешивающая сила называется реакцией опоры. Равнодействующая силы тяжести и реакции опоры равна нулю, поэтому тело покоится.
А согласно третьему закону Ньютона, раз существует сила реакции опоры, должна существовать равная ей сила, действующая на саму опору.
Сила, с которой тело действует на опору или подвес, называется весом тела.
Рис. 1. Вес тела.
Особенности веса тела
Из приведенного определения можно выделить важные особенности веса тела, отличающего его от близких понятий.
Фактически, вес — это частный случай силы упругости.
Рис. 2. Сила упругости.
Невесомость
Из четвертой из указанных особенностей следует, что если у тела нет опоры, то у него отсутствует вес, реакции опоры также нет. Говорят, что тело находится в состоянии невесомости. В таком состоянии отсутствует как вес, так и реакция опоры. Заметим, что масса тела и сила тяжести остаются прежними. Поэтому тело в состоянии невесомости будет двигаться равноускоренно по направлению действия силы тяжести.
Наиболее известный пример движения в невесомости — это движение космического корабля по орбите. Единственная сила, которая на него действует, — это сила тяжести. Она сообщает кораблю центростремительное ускорение, благодаря которому орбита имеет круговую или эллиптическую форму.
Однако, для исследования веса тела и невесомости не обязательно запускать космические корабли. Любое тело в начале падения движется без опоры, а значит, находится в состоянии невесомости. Правда, время нахождения в таком состоянии невелико. По мере набора скорости, на тело начинает действовать сила сопротивления воздуха, которая представляет собой опору, и у тела появляется вес.
Полноценное (хотя и очень кратковременное) состояние невесомости испытывает человек во время обычного прыжка.
Рис. 3. Невесомость.
Что мы узнали?
Вес — это сила, с которой тело действует на опору. В отличие от силы тяжести, которая действует независимо от опоры, для существования веса опора необходима. Фактически, вес — это частный случай силы упругости. Если тело не имеет опоры, оно находится в состоянии невесомости.
О чем эта статья:
Невесомость: что это такое
Невесомость — это состояние, при котором тело не давит на опору или подвес.
Вес тела
Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Измеряется вес, как и любая другая сила, в Ньютонах.
Если у вас неподалеку есть весы — приглашаем в эксперимент! Один нюанс: наша затея сработает именно с механическими весами, но не с электронными. Поехали!
Шаг 1. Если встать на весы ровно и не двигаться — ваш вес будет высчитываться по формуле:
P = mg
g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]
На планете Земля g = 9,8 м/с 2
Здесь может возникнуть два возражения:
Это же сила тяжести, а не вес. Формула такая же!
На весах масса отображается в килограммах. И если я свою массу умножу на ускорение свободного падения, то явно получу число почти в 10 раз больше, чем показывают весы.
Точка приложения силы. Эта формула и правда аналогична силе тяжести. Вес тела в состоянии покоя численно равен массе тела, разница состоит лишь в точке приложения силы.
Сила тяжести — это сила, с которой Земля действует на тело, а вес — сила, с которой тело действует на опору. Это значит, что у них будут разные точки приложения: у силы тяжести к центру масс тела, а у веса — к опоре.
Весы измеряют силу. Весы работают таким образом, что измеряют вес тела — силу, с которой мы на них действуем, а показывают — массу. Можно сделать вывод, что весы — это динамометр (прибор, измеряющий силу).
Шаг 2. Теперь пошалим и резко встанем на носочки! Стрелка резко отклонилась влево, а потом вернулась на место. Вы придали себе ускорение, направленное вверх — в то время, как ускорение свободного падения всегда направлено к центру Земли (вниз).
Теперь вес тела вычисляем по формуле:
P = m (g − a)
g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]
a — ваше ускорение [м/с 2 ]
На планете Земля g = 9,8 м/с 2
Шаг 3. Последняя часть эксперимента — резко опуститься на пятки. Теперь вы сильнее давите на весы, потому что придали ускорение, направленное вниз. Стрелка весов отклонится вправо и вернется на место, когда вы придете в состояние покоя.
Формула веса примет вид:
P = m (g + a)
g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]
a — ваше ускорение [м/с 2 ]
На планете Земля g = 9,8 м/с 2
Этот случай мы можем описать через 2 закон Ньютона. Возьмем лифт, который едет вниз. Обозначим силы на рисунке.
N – сила реакции опоры [Н];
mg – сила тяжести [Н];
a – ускорение, с которым движется лифт [м/с 2 ].
При проецировании на ось y, направленную вниз, мы получаем:
А теперь нам понадобится третий закон Ньютона — по нему сила реакции опоры равна весу тела:
Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!
Снова невесомость
Ну что, с весом разобрались. А теперь давайте сделаем так, чтобы его не стало и получилась та самая невесомость.
Чтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:
Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение и получается 0:
P = m (g − a) = m (9,8 − 9,8) = 0
Вот мы и в невесомости!
Когда космический корабль обращается вокруг Земли, он просто пытается на нее упасть, но промахивается. Такой процесс происходит, когда корабль движется с первой космической скоростью, равной 7.9 км/с. Это та скорость, с которой корабль становится искусственным спутником Земли.
Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это минимальная скорость, с которой должно двигаться тело, чтобы оно могло без затрат дополнительной работы преодолеть влияние поля тяготения Земли, т. е. удалиться на бесконечно большое расстояние от Земли. А тело, которое двигается с третьей космической скоростью, и вовсе вылетит за пределы Солнечной системы. Такие дела. 🙂
Читайте также: