Фізика. 7 клас. Шут

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 24. Вага тіла. Невагомість і перевантаження

1. Що таке вага? Ознайомимося ще з одною силою, з якою ми постійно маємо справу у повсякденному житті. Це вага тіла. З’ясуємо, як вона виникає. Пригадаємо приклад, зображений на рис. 112, б. Внаслідок дії сили тяжіння, гиря тисне на пластмасову лінійку та деформує її. Але сила пружності, яка виникає в деформованій лінійці, теж в свою чергу діє на гирю і спричинює в ній внутрішню деформацію. Така деформація є малопомітною. Продемонструвати деформацію тіла, що лежить на закріпленій опорі, можна на такій моделі (рис. 122).

Модель складається із семи стальних пластин однакового розміру, проміжки між якими заповнені шарами поролону. У першому положенні цієї моделі (рис. 122, а) шари поролону не деформовані. У другому положенні (рис. 122,6) поролон під дією сили тяжіння стискається пластинами, причому тим більше, чим нижче розташовані його шари.

Таким чином, розглянута модель підтверджує, що тіла, які перебувають на опорі, деформуються у напрямі від опори. У процесі цієї деформації у тілі неминуче виникає сила пружності, яка діє у зворотному напрямі і прикладена до опори.

Рис. 122. Модель деформації тіла, що лежить на опорі

При взаємодії тіла і опори деформується не лише опора, але й саме тіло, в якому теж виникає сила пружності, прикладена до опори

Якщо тіло і горизонтальна опора (вертикальний підвіс) нерухомі, то Fтяж = Ν = Ρ

Рис. 123. Сили, які діють при взаємодії тіла з опорою

Вага тіла не має постійного значення і може змінюватися залежно від умов, в яких тіло знаходиться на опорі.

Вага тіла дорівняє силі реакції опори, але спрямована протилежно.

На рисунку 123 сила тяжіння, вага і сила реакції опори зображено різними кольорами.

2. Невагомість. Вага тіла виникає в результаті притягання Землі, але за величиною може відрізнятися від сили тяжіння. Зокрема, співвідношення між силою тяжіння, що діє на тіло, та вагою тіла змінюється, як тільки опора починає рухатися вгору або вниз. У цьому випадку вага тіла Р не дорівнюватиме силі тяжіння Fтяж.

Для прикладу розглянемо рух людини у швидкісному ліфті (рис. 124). Чи пам’ятаєте ви відчуття, які при цьому виникають? Коли кабіна ліфта починає рухатися вгору і швидкість зростає, людині здається, що її притискує до підлоги. Перед зупинкою, коли рух ліфта сповільнюється, людина відчуває як би полегшення свого тіла.

Стан тіла, у якому в нього відсутня вага, називають невагомістю.

Такий стан виникає у тому випадку, коли тіло і опора, на якій воно знаходиться, вільно падають. При вільному падінні тіла з опорою взаємодія між ними відсутня, тіло не тисне на опору і деформації не виникають, а, отже, відсутні сила реакції опори і вага тіла. Стан невагомості виникає у космонавтів в космічному кораблі з вимкненими двигунами, внаслідок чого вони вільно «плавають» у кабіні (рис. 125). Але ви теж маєте можливість відчути цей стан, наприклад, при стрибках з трампліну. У процесі стрибка ви перебуваєте у стані невагомості, оскільки при цьому зникає ваша взаємодія з опорою і ви перестаєте тиснути на неї.

Рис. 124. Рух людини у швидкісному ліфті

Рис. 125. Космонавти в стані невагомості на космічній станції

Стан невагомості є незвичним для живих організмів. В умовах невагомості відбуваються істотні зміни у багатьох процесах життєдіяльності людини, тварин і рослин. Тому проблема невагомості вимагає спеціальної уваги, особливо у наш час, коли людина вийшла у відкритий космос і навіть працює в ньому протягом тривалого часу.

Висловіть свою думку

Як ви можете пояснити той факт, що вага одного й того самого тіла не має постійного значення?

Запам’ятайте: на тіло, що перебуває у стані невагомості, продовжує діяти сила тяжіння

У стані перевантаження вага тіла стає більшою за силу тяжіння

3. Перевантаження. У швидкісному ліфті стан перевантаження виникає на початку його руху, коли швидкість ліфта суттєво зростає, а також у момент зупинки ліфта при спуску. Проте у цьому випадку величина перевантаження незначна і людина її практично не відчуває. Велике перевантаження виникає в умовах високих швидкостей. Цей стан є шкідливим для людини, оскільки у неї виникають деформації органів тіла.

Значного перевантаження зазнають космонавти при старті космічних кораблів та у процесі їх входження в атмосферу Землі під час посадки. Перевантаження відчуває також льотчик у нижній частині «мертвої петлі» (рис. 126).

Рис. 126. У нижній частині «мертвої петлі» льотчик зазнає перевантаження

Від теорії до практики

Явище невагомості застосовується в медицині (для лікування опорно-рухомого апарату). Величезні перспективи має також космічна металургія — галузь техніки, яка дозволить здійснювати в умовах невагомості виробництво металів і сплавів з покращеними властивостями.

Фізичні дослідження в Україні

Засновниками космічної металургії можна із впевненістю вважати українських науковців. Зокрема, на борту космічного корабля «Союз 6» в умовах невагомості вперше було здійснено зварювання металів з використанням спеціальної установки «Вулкан», спроектованої і виготовленої в Інституті електрозварювання імені Є.О. Патона Національної академії наук України.

Подумайте і дайте відповідь

  • 1. Що називають вагою тіла? До якого з тіл, що взаємодіють, вона прикладена?
  • 2. Які сили діють на тіло, що знаходиться на нерухомій опорі?
  • 3. Чи однакова природа сили тяжіння і ваги?
  • 4. У чому полягає відмінність між вагою тіла та силою тяжіння?
  • 5. Що таке невагомість? перевантаження?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 24.

  • 1. У кімнаті стоїть шафа. Які сили діють на шафу та підлогу?
  • 2. Чи перебуває парашутист під час стрибка у стані невагомості?
  • 3. Обчисліть вагу тіла, маса якого дорівнює 49 кг; 98 кг.
  • 4. Чому дорівнює вага вашого тіла? Яка його маса?
  • 5. Яка вага пластини пробкового дерева об'ємом 1 м3? Чи зможете ви її підняти?
  • 6. Визначте вагу каністри бензину об'ємом 30 л.
  • 7. Маса бензину під час поїздки автомобіля зменшилась на 30 кг. На скільки зменшилася загальна вага автомобіля?