Явление невесомости

В космическом корабле, спутнике, падающем лифте, летящем только под действием силы тяжести самолете возникает так назы­ваемое явление невесомости. Любое тело, находя­щееся в корабле, спутнике и т. п., в то время, когда они подвержены только действию силы тяго­тения Земли (или других небесных тел), как бы теряет свой «вес». Космонавт свободно «парит» в ка­бине, ни на что, не опираясь, он может «положить» свой карандаш «в воздухе», и карандаш не будет падать. Жидкость, если она не смачивает стенки со­суда, стремится принять форму шара, и т. д. Прежде всего, отметим, что все аппараты, в которых наблю­дается состояние невесомости, находятся в состоя­нии ускоренного движения под действием только силы тяготения, в состоянии свободного падения.

Рис.5

Рассмотрим, как изменяется вес тела в уско­ренно движущемся лифте. Будем называть весом не силу тяготения Р, дей­ствующую на тело А, а силу Q, приложенную к подставке, удерживающей тело (рис.5); Q' -- сила, приложенная к телу со стороны подставки. Предположим, что тело А находится в лифте, движущемся с ускорением а вниз; тогда по законам механики

P-Q' = ma, Q = Q',

или

Q = P-ma (21)

(знаки проекций выбраны в соответствии со стрелками, указанными на рис.5). Сила Р не меняется (если изменения высоты подъема лифта малы по сравнению с радиусом Земли), а сила Q (сила веса, сила давления на подставку) зависит от ускорения а.

Если принять лифт за ускоренную систему отсчета, то ко всем телам, находящимся в лифте, будет приложена сила инерции — та и уравнение (21) можно толковать так: сила давления тела на подставку (вес) определяется суммой силы тяготения Р и силы инерции (—та), приложенных к телу.

Можно формулу (21) переписать и так:

Q = m(g-a). (22)

Отсюда ясно, что при а = g получим Q = О, т. е. сила веса равна нулю, тело потеряет вес; в лифте, движущемся с вертикальным ускорением g, будет наблюдаться явление невесомости. Сила инер­ции равна и противоположна силе тяготения — сумма этих сил равна нулю. Заметим, что лифт в это время может двигаться как вверх, так и вниз; важно, чтобы ускорение его было равно g и направлено вниз.

Такая же картина будет наблюдаться в космическом корабле или спутнике, так как они всегда имеют ускорение g в том месте, где они пролетают, — ускорение, созданное силой тяготения. Спут­ник, движущийся по круговой орбите вокруг Земли, непрерывно «падает», т. е. он находится в состоянии падения, только ускорение силы тяготения всегда нормально к его траектории. На самолете мри некоторой скорости полета летчик выбирает режим так, чтобы силы, действующие на самолет со стороны воздуха (подъемная сила плюс сопротивление), полностью уравновешивались силой тяги; тогда под действием силы тяжести самолет будет «падать» с ускоре­нном g. Такой режим полета при современном состоянии техники он продолжаться около минуты, и летящие в самолете в это время наблюдают состояние невесомости.

Лекция 14. Силы трения. Сухое трение. Трение покоя и трение скольжения, закон Кулона-Амонтона. Жидкое трение. Движение тела в вязкой среде. Трение качения. Значение сил трения в природе и технике.

Дата добавления: 2014-01-06