Частина ІІІ. Взаємодія тіл. Сила

Розділ 5. Види сил

Між якими тілами діють сили всесвітнього тяжіння?
За допомогою яких приладів вимірюють сили?
Чи траплялось вам перебувати у стані невагомості?
Що ви відчуваєте на початку руху ліфта та перед його зупинкою?
За рахунок яких сил ми підстрибуємо на батуті?
3 якою метою скло для подальшого транспортування перекладається різним пакувальним матеріалом (пінопластом, картоном, стружкою)?
Чому з початком холодів автомобілісти переходять на так звану «зимову гуму»?
Для чого при пересуванні важких вантажів під них підкладають циліндричні предмети або ставлять їх на вантажний причіп?
Чому автомобілям «Формули 1» (болідам) надається краплеподібна форма?
Що відбулося б навколо нас, якби раптово зникло тертя?

§ 20. Явище тяжіння. Сила тяжіння

Усі тіла притягуються один до одного із силами всесвітнього тяжіння (гравітаційними силами)

1. Гравітаційні сили. Сила тяжіння. Вільне падіння тіл. До середини XVII ст. вчені вважали, що лише Земля має особливу властивість притягувати до себе всі тіла, які перебувають поблизу її поверхні. Однак у 1667 р. І. Ньютон спочатку висловив припущення, а потім і сформулював ідею про те, що сили взаємного притягання існують між всіма тілами у Всесвіті.

Явище взаємного притягання всіх тіл у Всесвіті називають всесвітнім тяжінням або гравітацією.

Одним із проявів всесвітнього тяжіння є притягання тіл до Землі.

Гравітація (від латинського слова gravitas — тяжкість, важкість)

Розглянемо приклади руху тіл під дією сили тяжіння, зокрема, вільне падіння тіла. Вільне падіння — це рух тіла під дією лише сили притягання Землі. Якщо через рівні інтервали часу фіксувати переміщення тіла, яке вільно падає, то виявиться, що по мірі падіння цього тіла відстані, пройдені ним за однаковий час, зростають: l₄ > l₃ > l₂ > l₁ (рис. 109). Отже, зростає і швидкість тіла. Це означає, що на тіло у напрямі до Землі постійно діє сила.

Внаслідок притягання Землі м'яч, кинутий горизонтально, не летить прямолінійно; його траєкторія — крива лінія (рис. 110, а). Запущений на навколоземну орбіту штучний супутник рухається по колу (рис. 110, б). Багато інших рухів теж пояснюються дією сили тяжіння на будь-яке тіло, що знаходиться поблизу поверхні Землі або на її поверхні.

Рис. 109. Рух тіла під дією сили тяжіння

Сила тяжіння прикладена до тіла і завжди спрямована у напрямку до центру Землі

2. Розрахунок сили тяжіння, що діє на тіло певної маси. Спостереження і досліди свідчать, що чим більша маса тіла, тим більшою є сила тяжіння. Отже, сила тяжіння пропорційна масі тіла:

F_тяж ~ або F_тяж = g • m,

де g — коефіцієнт пропорційності, який є однаковим для всіх тіл:

Приклад. Розрахуємо силу тяжіння, яка діє на лабораторний тягарець (з гачком) масою 102 г. Враховуючи, що 102 г = 0,102 кг, одержимо:

Отже, на тягарець масою 102 г діє сила тяжіння в 1 H.

Рис. 110. Траєкторії руху: а) тіла, кинутого горизонтально; б) штучного супутника Землі

Коефіцієнт пропорційності g набуває різних значень залежно від географічної широти місцевості та навіть щільності покладів корисних копалин у даному місці земної кулі

Подумайте і дайте відповідь

1. Чому траєкторія каменя, кинутого горизонтально, не є прямою лінією?
2. Яку силу називають силою всесвітнього тяжіння? силою тяжіння?
3. Як залежить сила тяжіння від маси тіла?
4. Чому дорівнює коефіцієнт пропорційності g? Від яких зовнішніх умов він залежить?
5. Яка сила тяжіння діє на тіло масою 1 кг?
6. За якою формулою можна обчислити силу тяжіння, що діє на тіло будь-якої маси? В яких одиницях при цьому треба виражати масу тіла?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 20.

1. Обґрунтуйте фізичний зміст коефіцієнту пропорційності g.
2. Обчисліть силу тяжіння, яка діє на тіло масою 2,6 кг; 10 кг; 800 г; 20 мг; 1,5 т.
3. Яке природне явище свідчить про те, що між Місяцем і Землею діє сила всесвітнього тяжіння?

Із історії фізики: вчені і факти

Як було відкрите явище всесвітнього тяжіння

Існує така легенда. У 1666 році І. Ньютон спостерігав одночасно за рухом Місяця і падінням яблук на Землю. У вченого виникла здогадка, що Місяць, як і яблуко, теж притягується до Землі. Зрештою він довів, що всі тіла у Всесвіті притягуються одне до одного. Так було відкрито явище всесвітнього тяжіння.

Зв’язок фізики з іншими науками

На основі теорії тяжіння успішно розвивається, зокрема, практична космонавтика (штучні космічні апарати слідкують за погодою, забезпечують мобільний зв’язок, телебачення та Інтернет).

Розширте науковий кругозір

Тіла притягуються до поверхні Місяця у шість разів слабкіше, ніж до поверхні Землі. Тому, відштовхнувшись від поверхні Місяця з таким самим зусиллям, як і від поверхні Землі, космонавт стрибне у шість разів далі.

Зміст