Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На прошлой лекции мы с вами познакомились с тем как можно описать взаимодействие тел. Давайте вспомним как называется величина описывающая действие одного тела на другое. Такая величина называется силой. Хорошо, мы уже сразу выяснили, что сила измеряется в Ньютонах. А может быть вы сможете сказать, что такое один Ньютон? Ньютон - это такая сила, которая действуя на тело массой один килограмм будет изменять его скорость на один метр в секунду каждую секунду.
И вот существуют несколько разных видов сил...их достаточно много, но механика изучает только три. И с одной из этих сил мы с вами познакомимся сегодня. Это сила называется силой тяжести.
Есть такая легенда...на самом деле действительно это легенда, такого, конечно, не было на самом деле...Исаак Ньютон, тот самый гениальный ученый, который сделал открытия во многих областях, того, что мы теперь называем физикой. В то время физика еще называлась натуральной философией: в световых явлениях он сделал много открытий, ну а самое главное его открытие связано именно с механическими явлениями. Так вот, есть такая легенда...сидел Исаак Ньютон под деревом, под яблоней и либо на пол возле него упало яблоко, либо в другой версии этой легенды яблоко ударило его по голове. Его осенило и он задумался почему яблоко падает ? Смотрите, ведь если я сейчас это яблоко отпущу, то оно сразу приходит в движение, т.е что происходит? Меняется его скорость. А мы знаем с вами, что причиной изменения скорости является что? Взаимодействие, которое мы, кстати, описываем с помощью физической величины - силы. Яблоко меняет свою скорость, притягиваясь к Земле, потому что взаимодействует с Землей. А дальше Ньютон рассуждал так: вокруг Земли вращается Луна. Почему Луна не улетает в небеса, а все время вращается вокруг Земли. Ньютон приходит к выводу, наверное потому, что Луна тоже взаимодействует с Землей. Притягивается к Земле точно так же, как и яблоко притягивается к Земле. Следующий вывод сделал Ньютон, что любые два тела притягиваются друг к другу. Это яблоко притягивается не только к Земле, оно притягивается к каждому из вас. Каждый из вас притягивается к этому яблоку, потому что вы же знаете, что нет просто действия одного тела на другое, есть взаимодействие. Вы притягиваетесь к своим авторучкам, вы притягиваетесь к пирожкам, которые только что испекли в буфете...и вот эта сила с которой любые два тела притягиваются друг к другу получила название силы всемирного тяготения. Что это такое? Это сила с которой любые два тела притягиваются друг к другу. Давайте запишем более строго.
Сила всемирного тяготения - это сила с которой все тела притягиваются друг к другу.
И притяжение яблока к Земле - это одно из многих проявлений силы всемирного тяготения. Все планеты притягиваются к Солнцу, Луна притягивается к Земле, благодаря этому открытию Ньютона удалось построить механическую модель Солнечной системы. Т.е рассчитать характеристики движения всех планет и спутников этих планет. Ньютон открыл закон, который описывает силу всемирного тяготения. Этот закон называется законом всемирного тяготения. С этим законом мы познакомимся на следующих лекциях. Мы научимся решать задачи на вычисление силы всемирного тяготения и на то как она - эта сила действует на все тела. Но сейчас нас интересует только частный случай. Мы говорим, что яблоко притягивается к Земле, тетрадь притягивается к Земле и вот частный случай силы всемирного тяготения - это сила с которой все тела притягиваются к Земле. Скажите пожалуйста если бы яблоко было размещено на Луне, то оно притягивалось бы к Луне? Конечно! На Юпитере или на любой планете или на любом небесном теле, если мы возьмем какое-то тело, например, тоже самое яблоко. Оно будет притягиваться к этой самой планете. Земля - это только частный случай. Вот эта сила с которой тела притягиваются к Земле или к другим небесным телам называется силой тяжести. Давайте запишем...
Сила тяжести - это сила, с которой тела притягиваются к Земле (или к другой планете).
Мы пока жители Земли и поэтому будем говорить пока о притяжении нас к поверхности Земли.
И следующий вопрос на который нам нужно ответить - это какие три характеристики есть у силы? Три характеристики любой силы. Направление - это раз. Численное значение - это два. И точка приложения - это три. Значит нам необходимо ответить на три вопроса. Сила тяжести - это сила с которой все тела притягиваются к Земле. Как ее посчитать? По модулю, куда она направлена? И к какой точке тела она приложена? Давайте разберемся подробнее. Чтобы ответить на вопрос чему равна сила по модулю сила тяжести давайте вспомним то, что я вам рассказывал на прошлом уроке...
А теперь смотрите, если сила тяжести - это сила с которой все тела притягиваются к Земле, давайте возьмем какое-нибудь тело, например, яблоко, отпустим его и будем наблюдать за тем как меняется его скорость. Если мы сможем выяснить как меняется его скорость с течением времени, например за одну секунду на сколько метров изменится его скорость? И измерим массу этого тела с помощью тех же весов, мы сможем ответить какая сила тяжести действует на это тело. Мы можем взять разные тела и вот тут обнаруживается очень интересная закономерность. Посмотрите, чем больше масса тела тем, вроде бы, должна быть больше сила, действующая на это тело. Значит, вроде бы, это тело должно быстрее менять свою скорость. Если взять легкое тело - лист бумаги и тяжелое тело - блокнот и одновременно отпустить, то они упадут по-разному. Книга упадет быстрее, а лист бумаги - медленнее. Но это не совсем чистый эксперимент. Дело в том, что и на лист бумаги и на этот блокнот действует не только сила тяжести, а что еще действует? Воздух, правильно! А нам нужно сделать так, что бы действовала только сила тяжести или по крайней мере, что бы действие воздуха было минимальным. Как можно этого добиться? Повернуть лист не плашмя, а ребром, направленным к столу. а действительно вы же знаете, что в парусниках, если парус разместить так чтобы ветер дул перпендикулярно направлению паруса, то парусник будет двигаться быстро, а если повернуть паруса ребром по отношению к направлению ветра, то парусник будет двигаться очень медленно, потому что сила взаимодействия с воздухом зависит от положения паруса. В нашем случае вместо паруса будет листик бумаги. Т.е повернутый ребром перпендикулярно к поверхности стола и блокнот падают на поверхность стола одновременно, хотя у них разная масса! А раз разная масса, значит на них действует разная сила тяжести. Кстати, влияние воздуха еще можно устранить, если положить лист бумаги сверху блокнота и так же их одновременно отпустить. Мы этот опыт уже проводили на одной из первых лекций. И если мы их в таком положении отпустим, то они также упадут одинаково. Т.е независимо от массы тела скорость всех тел под действием силы тяжести меняется одинаково...
И так мы с вами ответили на вопрос как найти модуль силы тяжести, причем, что интересно, смотрите, по скольку сила тяжести прямо пропорциональна ускорению свободного падения, то чем больше масса, тем больше сила тяжести. Например, на килограммовую гирю действует сила тяжести равная 9,8 Н/кг на каждый килограмм массы у поверхности Земли действует сила примерно 9,8 Н/кг, а на эту гирьку действует меньшая сила тяжести, потому что у нее масса всего 20 грамм, но если я отпущу их, то они будут падать вместе. Когда-то Галилей бросал с вершины Пизанской башни свинцовое ядро и мушкетную свинцовую пулю. И они упали одновременно. Есть еще один очень красивый опыт, который мы посмотрим на следующей лекции, в видеоролике представлена огромная башня из которой откачали воздух бросили одновременно тяжелый шар и птичье перышко и они пролетев десятки метров оказались на одном и том же расстоянии от Земли в любой момент времени и одновременно ударились о поверхность Земли. Из-за чего же так интересно получается? С одной стороны сила тяжести пропорциональна массе, а с другой стороны ускорение всегда одно и то же. Как это объяснить? Давайте вспомним, что такое масса? Это мера инертности. Так вот что получается: во сколько раз увеличивается сила действующая на тело, во столько же раз при увеличении массы увеличивается инертность этого тела и в результате увеличения силы компенсируется увеличением инертности. Ведь отсюда мы видим во сколько раз больше сила, во столько раз больше инертность, а отношение остается одним и тем же. Вот почему любое тело независимо от массы будет падать с одинаковым ускорением.
Немного поговорим об ускорении свободного падения. У поверхности Земли сила тяжести (ускорение свободного падения) примерно 9,8Н/кг. Оказывается, что ускорение свободного падения немного отличается на экваторе и у полюсов. С чем это связано? Оказывается, что это связано с тем, что Земля вращается и из-за этого она не является шаром. Давайте наглядно это посмотрим в видеоролике.
При решении задач мы будем приблизительно считать, что ускорение свободного падения составляет g = 10Н/кг. И так мы выяснили как найти силу тяжести по модулю. Теперь...куда направлена сила тяжести? Вниз. Если вы возьмете килограммовую гирю, подвесите на нитке, то она расположится вертикально, ее так часто и называют - отвесная линия, потому что устройство груз на ните называется - "отвесом". С помощью отвеса, например, строители добиваются того, чтобы стены домов были вертикальны, тогда они при этом "не заваливаются". Значит, еще раз, сила тяжести направлена всегда вертикально вниз. И последнее точка приложения силы тяжести - здесь не все так просто...Из чего состоит яблоко? Из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. На атомы действует сила тяжести? Конечно! Почему нет? Каждый атом обладает очень маленькой массой порядка десять в минус двадцать шестой степени килограмма. Мы с вами позже научимся вычислять массу атома, но этих атомов очень много. На каждый из атомов действует крошечная сила тяжести, направленная вертикально вниз, но поскольку этих атомов много мы можем сложить все силы. Мы научимся складывать много сил через несколько лекций и заменять ее одной силой (пока не будем говорить какой) и эта одна сила приложена к особой точке внутри тела, которое называется центром тяжести. Следовательно точкой приложения силы тяжести называется центром тяжести. Если тело имеет простую форму, то центр тяжести легко определить. Например...
Ну а теперь давайте воспользуемся уже теми знаниями, которые мы приобрели на этой лекции для решения пока что простеньких задач. И первая задача будет на тему нахождения силы тяжести действующую на чугунную болванку.
Вторая задача будет на определение массы ведра воды...
И последняя задача будет на определение силы тяжести, действующую на стальную отливку.
Давайте подведем итог этой лекции. И так вспомнили из предыдущей лекции понятие силы. Узнали, что в механике изучаются основные три силы и первая из них - это сила тяжести. Дали ее определение. Ввели и дали определение силе всемирного тяготения и установили, что сила тяжести является частным случаем силы всемирного тяготения. Повторили формулу силы. Далее вывели формулу ускорения свободного падения и определили ее примерное значение для нашей планеты с учетом ее изменений в разных местах Земного шара, что наглядно показали в опыте с демонстрацией разницы расстояний между полюсами и экватором. Определили, что сила тяжести всегда направлена вниз к центру Земли и точка ее приложения к телу зависит от усредненного понятия центра тяжести. Привели примеры центров тяжести простых тел. И в конце лекции решили три задачи на определение центров тяжести чугунной болванки и стальной отливки и определения массы ведра воды.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.