Гравітаційна взаємодія. Закон всесвітнього тяжіння. Деформація тіл. Закон Гука. Сила тертя.

Закон всесвітнього тяжіння: будь-які дві матеріальні точки притягають одна одну із силою, яка прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадратові відстані між ними.

Вона застосована і для однорідних тіл сферичної форми,які не можуть вважатися матеріальними точками, тоді r – відстань між центрами тіл.

Коефіцієнт пропорційності G – гравітаційна стала.

G = 6,67^.10 ^-11 H^.м² / кг²

Гравітаційну сталу вперше визначив за допомогою крутильних вагів англійський вчений Генрі Кавендіш. Цей дослід сучасники називали „зважування Землі”. Дійсно, із закону всесвітнього тяжіння випливає, що прискорення вільного падіння:

Знаючи гравітаційну сталу і радіус Землі, можна з цього співвідношення знайти масу Землі. Аналогічно (знаючи радіус орбіти Землі і тривалість року) можна знайти масу Сонця.

Закон всесвітнього тяжіння дозволив визначити причини морських припливів і відпливів, виміряти з невеликими місцевими відмінностями прискорення вільного падіння густину порід земної кори. На основі закону всесвітнього тяжіння було передвіщене і існування восьмої і дев`ятої планет Сонячної системи (Нептуна і Плутона). Ці планети були виявлені астрономами саме там, де вони мали знаходитися за результатами обчислень на основі закону всесвітнього тяжіння. Цей закон описує рух не тільки планет та їх супутників, але й цілих галактик.

Силою тяжіння називають силу притягання тіла до Землі.

За законом всесвітнього тяжіння сила, що діє на тіло з боку Землі, дорівнює:

де m — маса тіла, М_З — маса Землі, R_З — відстань між тілом і центром Землі (радіус Землі).

Прискорення, якого надає тілу сила тяжіння (прискорення вільного падіння), згідно з другим законом Ньютона:

Із отриманої формули видно, що прискорення вільного падіння на поверхні Землі дорівнює гравітаційній сталій, помноженій на масу Землі і поділеній на її радіус, тобто воно не залежить від маси тіла. Отже, сила всесвітнього тяжіння надає всім тілам однакового прискорення, бо вона залежить від маси тіла:

Якщо тіло перебуває на висоті h над поверхнею Землі, то прискорення вільного падіння визначається рівністю:

Оскільки сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла, то останню можна визначити шляхом зважування. Позаяк F_T = mg, то, вимірявши силу тяжіння, можна знайти масу:

Визначаючи масу за допомогою терезів, порівнюють сили тяжіння. Якщо терези перебувають у рівновазі, то на зважуване тіло і на гирі діють однакові сили тяжіння. Отже, їхні маси однакові.

Припустимо, що на стіл поклали тіло (мал. 1). На нього діє сила тяжіння (), спрямована вертикально вниз. Під дією цієї сили тіло починає падати і зміщує вниз найближчі до нього частини стола. Стіл зазнає деформації, внаслідок чого виникає сила пружності (), яка діє на тіло з боку стола і спрямована вертикально вгору. Коли сила пружності зрівняється з силою тяжіння, тіло перестане переміщуватися. Внаслідок взаємодії тіла зі столом тіло також деформується. У ньому виникає сила пружності, прикладена до стола, спрямована вертикально вниз і рівна за модулем силі пружності, яка діє на тіло з боку стола. Ця сила називається вагою тіла й позначається літерою Р.

Мал. 1

Дата добавления: 2017-02-01