Сообщение невесомость физика 9 класс интересные факты
Обновлено: 02.07.2024
Невесомость — что это простыми словами
Для того чтобы понять, что такое невесомость, нужно сначала познакомиться с понятием веса.
Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Очень часто понятие вес путают с массой. Вес обозначается P — давление, оказываемое телом на подвес или опору. F — сила упругости, оказываемая подвесом на предмет. Они равны по модулю, но противоположны по направлению.
Невесомость возникает в том случае, если тело не давит на опору или подвес. Еще Готфрид Лейбниц отметил изменение веса шарика в свободном падении в жидкости. В 1892 — 1893 г.г. профессором МГУ Любимовым Н. А. было поставлено несколько опытов, доказывающих возникновение невесомости в состоянии свободного падения. В своих экспериментах Любимов использовал маятник. Маятник, выведенный из положения равновесия при свободном падении, не качался.
Определение состояния невесомости, физические особенности
Простыми словами, состояние невесомости — отсутствие давления на предмет и его части, т.е. гравитационные силы в этом случае уравновешиваются.
Есть два вида невесомости.
Потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из-за ослабления притяжения, называется статической невесомостью. А состояние, в котором находится человек во время полета по орбите, — динамической невесомостью.
Физическая формула веса (P) при ускоренном движении опоры имеет следующий вид:
P = m ( g - a ) ,
m — масса тела,
g — ускорение свободного падения,
a — ускорение опоры.
При равенстве g и a, P=0, достигается невесомость.
Динамическая невесомость возникает и на Земле. Невесомы пловцы-ныряльщики, летящие в воду с вышки. Лыжники во время прыжка с трамплина невесомы в течение нескольких секунд. Невесомы падающие камнем вниз парашютисты, пока они не раскрыли парашюты. При тренировках космонавтов на тридцать – сорок секунд создают невесомость в самолете.
Как проявляется, влияние на человека
Мы не замечаем собственного веса и привыкли к тому, что все предметы имеют вес. За миллионы лет развития все живущие на Земле организмы приспособились к тому, чтобы выдержать свой вес, люди не исключение. Для жизни в условиях земного притяжения у нас есть кости, связки и мышцы.
Естественно, что состояние невесомости существенно отличается от привычного нам. Организм человека в такой среде реагирует на невесомость как на раздражитель. Центральная нервная система страдает в первую очередь. Отсутствие привычной тяжести для человеческого тела — большой стресс.
В невесомости человеческий рост может увеличиться на 2 – 5 см из-за низкой гравитации. Это может вызвать мышечные и суставные боли. Но после возращения в привычные условия, рост вернется.
Сильный дискомфорт причиняет изменение давления жидкости в организме. Кровь приливает к голове и груди. Стоять и ходить в состоянии невесомости не получится, поэтому мышцы спины и ног начинают терять силу и уменьшаться в размерах. Невесомость действует и на кости человека. Каждый месяц, проведенный в состоянии невесомости, кости истончаются на 1%.
После возвращения на Землю космонавты должны снова привыкать к земным условиям. Даже за несколько дней в космосе, человеческое тело отвыкает от собственного веса. Многие космонавты не способны устойчиво держаться на ногах и ходить после пребывания в невесомости. Чтобы последствия не были тяжелыми, космонавты, помимо обычных силовых тренировок, проводят электростимуляцию мышц. Не исключается применение и фармакологических средств.
Можно ли создать условия невесомости на Земле
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 ускорения a и получается 0:
P = m ( g - a ) = m ( 9 , 8 - 9 , 8 ) = 0
Вес рассчитывается по той же формуле, что и сила тяжести (F=P=mg), однако это не одно и то же. Например, пеноблок массой 10 кг свободно падает. При этом сила тяжести, действующая на него, = 100 Н, а его вес = 0 Н. Такое состояние тела называется невесомостью.
Невесомость – состояние тела, при котором его вес меньше, чем сила тяжести, с которой оно притягивается к Земле.
Термин невесомости часто употребляется в контексте космоса. Это связано с тем, что космические корабли тоже падают на Землю, но пролетают мимо, так как Земля движется с большой скоростью. Чтобы объект не упал на Землю, ему нужно набрать определённую скорость. Эту скорость называют первой космической, и она примерно равна 8000 метров/секунду. Когда тело достигает её, оно никогда не упадёт на Землю, и становится искусственным спутником Земли. Таким образом, если разогнать любое тело до скорости 8 км/с, то оно становится спутником Земли.
Скорость, при которой объект становится искусственным спутником Солнца, называется второй космической скоростью, и примерно равна 11 200 метров в секунду. Когда тело разгоняется до такой скорости, оно попадает в магнитное поле Солнца и звезда становится центром орбиты спутника. Если скорость тела превысит 16 700 метров в секунду, то оно покинет Солнечную Систему. Эта скорость называется третьей космической.
Но состояние невесомости встречается не только в космосе, но и в повседневной жизни. Например, когда вы опускаетесь в лифте, ваш вес становится меньше силы тяжести, с которой вы притягиваетесь к Земле, то есть вы находитесь в состоянии невесомости. Это состояние описывается формулой:
P=m(g-a)
Решим небольшую задачу. Петя спускаетесь в лифте с ускорением 2 м/с 2 , а его масса равна 60 кг. Найти вес, с которым Петя давит на пол лифта.
Ускорение свободного падения и направление движения совпадают, значит мы наблюдаем состояние невесомости:
P=m(g-a). Подставив значения, получаем:
P=60 (кг) *(10-2)(м/с 2 )= 480 Н.
Доклад 2
Невесомость – это физическое состояние, при котором отсутствует какое-либо давление на тело, а из сил остаётся только сила тяжести.
Одна из характерных черт состояния невесомости – отсутствие веса тела. Она также происходит от отсутствия давления. В быту весом принято называть массу тела, и из-за ошибок в использовании терминов некоторые считают что тело в невесомости ничего не весит, не имеет массы. Это не так. Масса – это скалярная величина, которая меняется только при изменении физической конфигурации тела. В то время как вес – это сила, характеризующая то, как тело давит на опору под действием силы тяжести. А так как в невесомости нет давления, то нет и веса и ответной пропорциональной реакции опоры (или подвеса), которые совместно образуют на Земле то, что человек ощущает как “весомость”.
Один из способов достижения невесомости – скомпенсировать силу гравитации другой силой. Часто такой силой является сила инерции, возникающая при ускоренном движении тела. Рассмотрим несколько случаев, в которых возникает невесомость.
Первый такой случай – падающая (или просто движущаяся с определенным ускорением) кабина лифта. В стоящей на месте кабине пассажир давит на опору – пол – с силой, равной его весу. Сила ответной реакция пола примерно равна ей. Но когда кабина начинает двигаться с ускорением по направлению, параллельному вектору приложения силы тяжести (то есть вниз), возникает сила инерции, создающая в пространстве внутри кабины эффект невесомости, распространяющийся и на пассажира. Впрочем, говорить о невесомости как о самостоятельном явлении несколько неправильно: она может существовать только при наличии человека или любого другого объекта, у которого есть вес и который может оказывать воздействие на опору или подвес. Нечто похожее происходит и в кабине самолета, резко меняющего направление, однако в обоих случаях невесомость может возникнуть лишь на несколько секунд.
Самый очевидный пример невесомости – космос, к примеру пространство внутри космической станции. Здесь ее также обеспечивает сила инерции, однако причина ее возникновения не так очевидна. Станция совершает постоянное движение по орбите Земли с развитым при выходе на нее ускорением, как бы совершая постоянное “падение”, в результате чего появляется невесомость – неспособность тел оказывать давление на опору.
Популярные сегодня темы
Ромашка – это многолетнее цветковое растение, которое известно каждому человеку с детства. Самый распространенный вид этого цветка называют ромашкой аптечной.
Интересными насекомыми являются тараканы. Отряд членистоногих паразитов, которые очень распространены в мире.
Современную жизнь людей в настоящее время невозможно представить без использования электроэнергии. Электроэнергия нужна везде – в наших квартирах горит свет, работают электрические бытовые пр
Окружающая среда - то место, где обитает человек и разные виды животных. Соответственно, этих сред очень много на Земле.
Наполеон Бонапарт это полководец и государственный деятель, заложивший крепкие основы нынешнего французского государства.
Факт 1. Понятие невесомости не тождественно отсутствию гравитации. Строго говоря, во Вселенной нет ни одной точки, где гравитация отсутствовала бы полностью, ведь на все объекты воздействуют звёзды, галактики, скопления галактик… С точки зрения науки невесомость – это микрогравитация. Гравитационные силы всё равно никуда не деваются, но они бывают настолько слабы, что ими можно пренебречь.
Факт 2. В состоянии невесомости многие привычные нам вещи меняют свои свойства. Огонь, например, распространяется во все стороны сразу, а не только вверх, пауки начинают плести шарообразную паутину, а растения начинают расти так же, как горит огонь – во всех направлениях одновременно.
Факт 3. Космонавты, впервые попавшие в подобные условия, обычно испытывают тошноту, пока не привыкнут к невесомости. Это вызвано не только тем, что на мозг не воздействуют гравитационные силы, но ещё и тем, что содержимое желудка не лежит на его дне, как положено, а время от времени пытается подняться обратно, вверх по пищеводу.
Факт 4. Многие привычные нам системы вроде холодильника или туалета в невесомости работать не будут, по крайней мере, корректно. Поэтому для космических станций (особенно для масштабного проекта Международной космической станции) с нуля пришлось разрабатывать практически всё, начиная с системы удаления отходов в туалете до особых бритв с пылесосами, которые сбривают бороды и сразу же засасывают в контейнер состриженные волосы.
Факт 5. В состоянии невесомости кости человека теряют кальций, и довольно быстро, примерно по 1% в месяц. В результате они становятся хрупкими, и проблема в том, что космическая биология до сих пор не нашла способа полностью остановить этот процесс. Специальные тренажёры и особая диета могут лишь замедлить его, но не остановить полностью.
Факт 6. Любая жидкость в состоянии невесомости принимает шарообразную форму. Так, пролитая вода превратится в водяной шар, который будет летать по помещению и при столкновениях с другими объектами разлетаться на шарики поменьше. В условиях космической станции это может быть очень опасно, ведь жидкость может попасть в какой-нибудь важный прибор! Поэтому даже плакать космонавтам не стоит, так как слёзы могут разлететься по всему отсеку.
Факт 7. Огонь в состоянии невесомости не горит долго. Из-за отсутствия воздействия силы тяжести воздух застаивается и не перемешивается, поэтому огонь погаснет после того, как кислород вокруг него выгорит. По этой же причине люди могут плохо высыпаться – они вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ, так что скоро вокруг спящего человека образуется слишком много последнего. Поэтому на космических станциях система вентиляции постоянно “гоняет” воздух, чтобы он не застаивался, а специальные фильтры поглощают из него углекислоту.
Факт 8. Промышленное производство некоторых материалов и химических элементов в состоянии невесомости будет намного проще, чем на Земле. Но это в будущем – построить на орбите заводы сложно, и в наши дни это экономически нецелесообразно.
Факт 9. Подпрыгивая, человек в верхней точке прыжка на долю секунды испытывает состояние невесомости. Правда, этот отрезок времени столь короток, что мы не успеваем это почувствовать.
Факт 10. Космонавтам, которые пребывают на орбите неделями и месяцами, нужно как-то заботиться о себе, но в невесомости тривиальные задачи становятся очень сложны. К примеру, душа на борту МКС нет вовсе, вместо них экипажу приходится вытирать тело влажными полотенцами. Вместо обычных шампуней они пользуются “сухими”, которые просто втираются в волосы и кожу головы, и потом не смываются. Даже зубная паста у них особая, съедобная, и им приходится её глотать.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Перегрузка и невесомость
Я почувствовал: какая то непреодолимая сила все
больше и больше вдавливает меня в кресло. И хотя
оно было расположено так, чтобы до предела
сократить влияние огромной тяжести,
наваливающейся на мое тело, было трудно
пошевелить рукой и ногой …
Ю. А. Гагарин о перегрузке
Что же должен чувствовать человек, находящийся на борту космического корабля?
После включения ракетного двигателя, когда ракета-носитель начинает разгоняться, на человека массой m в космическом корабле будут действовать две силы: сила тяжести mg и сила реакции опоры N. Так как ускорение ракеты a направлено вверх, то преобладающей оказывается сила реакции опоры: N > mg. Их равнодействующая F = N – mg по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение:
N – mg = ma, откуда N = mg + ma.
Вес космонавта Р по третьему закону Ньютона равен по величине силе реакции N, поэтому
P = mg + ma = m(g + a).
До старта ракеты вес космонавта был равен силе тяжести mg . Теперь, как это видно из последнего равенства, его вес увеличился, превысив силу тяжести на величину ma.
Состояние тела, при котором его вес превышает силу тяжести, называют перегрузкой .
При перегрузке не только все 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, ее прилив или отлив к голове и т. д. Поэтому переносить значительные перегрузки могут только хорошо тренированные люди.
Количественно перегрузку характеризуют отношением a/g, которое обозначают буквой n и называют коэффициентом перегрузки. При n-кратной перегрузке, т е. когда a = ng, вес человека (и любого другого тела) увеличивается в (1 + n) раз.
Чем меньше время действия перегрузки, тем большую перегрузку способен выдержать человек. Так, установлено, что человек, находясь в вертикальном положении, достаточно хорошо переносит перегрузки от 8g за 3 с до 5g за 12–15 с. При мгновенном действии, когда они длятся менее 0,1 с, человек способен переносить двадцатикратные и даже большие перегрузки.
После выключения двигателей, когда космический корабль выходит на орбиту вокруг Земли, его ускорение, как мы знаем, становится равным ускорению свободного падения: a = g. Точно такое же ускорение будет и у космонавта, находящегося внутри корабля. Это ускорение направлено вниз, к центру Земли, и поэтому теперь из двух сил N и mg, действующих на космонавта, преобладающей оказывается сила тяжести. Их равнодействующая F = mg – N по второму закону Ньютона равна произведению массы на ускорение космонавта, т.е. mg. Поэтому
mg – N = mg, откуда N = 0.
Это означает, что опора никак не реагирует на присутствие космонавта. По третьему закону Ньютона такое возможно лишь в том случае, если и сам космонавт не оказывает никакого действия на свою опору, т. е. его вес равен нулю.
Состояние тела, при котором его вес равен нулю, называется невесомостью .
Следует помнить, что невесомость означает отсутствие веса, а не массы. Масса тела, находящегося в состоянии невесомости, остается такой же, какой и была.
Наряду с этим невесомость в условиях орбитального полета играет роль специфического раздражителя, действующего на организм человека. Она оказывает существенное влияние на многие его функции: слабеют мышцы и кости, организм обезвоживается и т. д. Однако все эти изменения, вызванные невесомостью, обратимы. С помощью лечебной физкультуры, а также лекарственных препаратов нормальные функции организма могут быть снова восстановлены.
В состоянии невесомости может находиться не только космонавт в орбитальной космической станции, но и любое свободно падающее (без вращения) тело. Чтобы испытать это состояние, достаточно совершить простой прыжок: между моментом отрыва от Земли и моментом приземления вы будете невесомы!
Готовя космонавтов к космическому полету, состояние невесомости моделируют в специальных самолетах-лабораториях. Для воспроизведения на самолете состояния невесомости надо перевести самолет в режим набора высоты по параболической траектории с ускорением, равным ускорению свободного падения. Пока самолет будет двигаться по восходящей, а затем по нисходящей части параболы, пассажиры в нем будут невесомы.
В периоды воздействия больших перегрузок ( на старте корабля и при его торможении) большинство операций, связанных с управлением кораблем, должно быть автоматизировано.
Читайте также: