§ 17. Сила тяжіння

Ви дізнаєтесь

Що таке всесвітнє тяжіння
Що таке сила тяжіння
Як визначити силу тяжіння
Що таке прискорення вільного падіння

Пригадайте

Що таке сила
Від чого залежить результат дії сили

ЗЕМНЕ ТЯЖІННЯ. Якщо підкинути вгору м’яч, то він згодом падає вниз. Краплини дощу, сніжинки падають на землю. Те саме відбувається з будь-якими тілами. Чому ж так відбувається?

Давайте розглянемо, як себе поводить м’яч, кинутий горизонтально (мал. 103).

Мал. 103. Траєкторія руху м’яча, кинутого горизонтально

Кинутий м’яч, рухаючись по кривій лінії, врешті-решт падає на землю. А як ви вже знаєте, у тіл, що рухаються криволінійною траєкторією, змінюється напрям швидкості (пригадайте рух по колу). У нашому випадку змінюється ще і значення швидкості. Якщо пригадати означення сили, за яким сила змінює швидкість руху тіла, то можна зробити висновок, що на м’яч діє сила, напрямлена до Землі. Земля притягує до себе всі тіла: людей, воду морів, океанів і річок, будинки, Місяць, Сонце, супутники тощо.

Силу, з якою Земля притягує до себе тіло, називають силою тяжіння.

Позначається сила тяжіння F_тяж. Точкою прикладання сили тяжіння є певна точка всередині тіла, на яке вона діє. Напрямлена сила тяжіння до центра Землі (мал. 104).

Мал. 104. Напрям дії сили тяжіння

Експериментами встановлено, що сила тяжіння пропорційна масі тіла і визначається за формулою: F_тяж = gm, де g — коефіцієнт пропорційності, який має спеціальну назву — прискорення вільного падіння.

ВІЛЬНЕ ПАДІННЯ ТІЛ. Падіння тіла вертикально вниз відбувається під дією сили земного тяжіння. Окрім цієї сили, на тіло діє сила опору повітря, напрямлена вертикально вгору. Якщо ці сили рівні між собою, то тіло буде рухатись рівномірно із постійною швидкістю. Таким, наприклад, є рух парашутиста з відкритим парашутом (мал. 105, а).

Мал. 105. Рух парашутиста: а) рівномірний, б) прискорений

Якщо ж сила опору мала, і сила тяжіння набагато більша, то падіння тіла не буде рівномірним. Унаслідок дії земного тяжіння швидкість тіла буде весь час збільшуватись. Таким, наприклад, був рух парашутиста на початку стрибка (мал. 105, б).

Рух тіла під дією земного тяжіння, за умови, що опір повітря незначний і на тіло не діють інші сили, називають вільним падінням.

Для експериментального дослідження вільного падіння використовують трубку, з якої можна викачувати повітря (її ще називають трубкою Ньютона) (мал. 106).

Не відкачуючи повітря, помістимо у трубку пір’їну, корок та металеву кульку. Якщо трубку поставити вертикально, то всі три предмети впадуть не одночасно (мал. 106, а).

Мал. 106. Падіння тіл: а) у повітрі; б) у вакуумі

Якщо ж викачати із трубки повітря і повторити дослід, — то всі три предмети впадуть одночасно (мал. 106, б)!

Відбувається це тому, що під дією однієї лише сили тяжіння швидкість усіх без винятку падаючих тіл за кожну секунду збільшується на одне і те ж число, а саме — на 9,8 м/с. Таку зміну швидкості за секунду для вільно падаючих тіл і назвали прискоренням вільного падіння.

ВСЕСВІТНЄ ТЯЖІННЯ. Англійський учений І. Ньютон зробив велике відкриття. Він перший зрозумів, що такі явища, як падіння тіл на Землю, рух Місяця навколо Землі, рух планет навколо Сонця та інші, відбуваються під дією сил всесвітнього притягання, які називають гравітаційними. Між усіма фізичними тілами діє сила взаємного притягання!

Встановлено, що сили притягання між тілами тим більші, чим більші маси тіл. Відомо також, що сили притягання зменшуються, якщо збільшується відстань між взаємодіючими тілами.

Отже, не тільки Земля притягує до себе тіла. Але й ці тіла притягують до себе Землю. Наприклад, притягання з боку Місяця спричинює на Землі припливи і відпливи води, величезні маси якої піднімаються в океанах і морях двічі за добу на висоту декількох метрів.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Силу, з якою Земля притягує до себе тіло, називають силою тяжіння.

Сила тяжіння пропорційна масі тіла і визначається за формулою: F_тяж = gm, де g — коефіцієнт пропорційності, називається прискоренням вільного падіння. Точкою прикладання сили тяжіння є певна точка всередині тіла, на яке вона діє. Напрямлена сила тяжіння до центра Землі.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

1. Що таке сила тяжіння? За якою формулою визначають модуль сили тяжіння?
2. Куди прикладена і як напрямлена сила тяжіння, що діє на довільне тіло?
3. Який вид взаємодії тіл описується законом всесвітнього тяжіння?

Поясніть

1. Яблуко, що падає з дерева, набуває швидкості завдяки притяганню до Землі. А чи набуває швидкості Земля внаслідок притягання до яблука?
2. Поясніть, чи однакова сила тяжіння діє на однакові кулі, одна з яких міститься у воді (мал. 107).

Мал. 107. Чи однакова сила тяжіння?

ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ФІЗИЧНОЇ ЗАДАЧІ

Задача. Визначте силу тяжіння, що діє на каністру з бензином. Об’єм каністри 25 л. Маса порожньої каністри 5 кг. Густина бензину ρ = 710 кг/м³.

Вправа 12

1. Обчисліть силу тяжіння, що діє на тіло масою 6 кг. У масштабі 1 см — 10 Н побудуйте цю силу.

2. З якою силою діє хлопчик на підлогу, коли тримає в руках повне п’ятилітрове відро з водою? Маса хлопчика становить 43 кг, маса порожнього відра — 2 кг.

3. Яка сила тяжіння діє на алюмінієвий кубик із ребром завдовжки 10 см?

4. Маємо два однакові за розмірами кубики — один алюмінієвий, інший — олов’яний. На який із них діє більша сила тяжіння й у скільки разів?