Коротко
Сила тяжести – это сила, с которой Земля или другое небесное тело притягивает к себе любой объект. Из-за этой силы все предметы падают вниз, когда их отпускают, и остаются на поверхности планеты. Она действует постоянно на все тела, находящиеся в гравитационном поле массивного объекта, и направлена к его центру. Именно сила тяжести удерживает атмосферу Земли и определяет наш вес.
Определение
Сила тяжести – это сила гравитационного притяжения, действующая на тело со стороны планеты (или другого массивного объекта) и направленная к центру этого объекта.
Формула
Fтяж = m·g
- Fтяж — сила тяжести
- m — масса тела
- g — ускорение свободного падения
Единицы измерения: ньютон (Н)
Как возникает сила тяжести
Сила тяжести — это проявление гравитации, фундаментального взаимодействия между всеми телами, обладающими массой. Чем больше масса объекта, тем сильнее он притягивает другие объекты. Земля, обладая огромной массой, притягивает к себе всё, что находится рядом с ней. Это притяжение и есть сила тяжести. Она действует не только на поверхности, но и на расстоянии, например, удерживая Луну на орбите.
Что такое ускорение свободного падения
Ускорение свободного падения (g) показывает, с какой скоростью изменяется скорость тела, падающего только под действием силы тяжести. На Земле его значение принято округлять до 9,8 Н/кг или 9,8 м/с². Это означает, что если сбросить камень в вакууме, его скорость будет увеличиваться на 9,8 м/с каждую секунду. Значение g немного меняется в зависимости от высоты над уровнем моря и широты, но для большинства задач эти изменения незначительны.
Почему сила тяжести направлена вниз
Сила тяжести всегда направлена к центру массивного тела, которое создает гравитационное поле. Для Земли это означает, что сила тяжести направлена перпендикулярно поверхности, «вниз». Именно поэтому, куда бы мы ни пришли на планете, мы всегда чувствуем, что нас тянет к земле. Это свойство силы тяжести является основой для понятия «вертикаль».
Как найти и применять
- Определите массу тела (m). Она должна быть выражена в килограммах (кг).
- Узнайте значение ускорения свободного падения (g) для данной планеты. На Земле оно обычно принимается за 9,8 Н/кг (или 9,8 м/с²).
- Перемножьте массу тела на ускорение свободного падения: Fтяж = m·g.
- Полученное значение будет силой тяжести, измеряемой в ньютонах (Н).
Разбор задач
Задача 1
Найдите силу тяжести, действующую на рюкзак массой 5 кг на Земле.
1. Дано: m = 5 кг, g = 9,8 Н/кг (для Земли). 2. Формула: Fтяж = m·g. 3. Расчет: Fтяж = 5 кг · 9,8 Н/кг = 49 Н. 4. Ответ: 49 Н.
Ответ: Сила тяжести, действующая на рюкзак, равна 49 Н.
Задача 2
Какова сила тяжести, действующая на человека массой 70 кг, если он находится на Луне, где ускорение свободного падения приблизительно равно 1,6 Н/кг?
1. Дано: m = 70 кг, g_Луна = 1,6 Н/кг. 2. Формула: Fтяж = m·g. 3. Расчет: Fтяж = 70 кг · 1,6 Н/кг = 112 Н. 4. Ответ: 112 Н.
Ответ: Сила тяжести, действующая на человека на Луне, равна 112 Н.
Где это встречается
- Парашютный спорт — Сила тяжести заставляет парашютиста падать. Сопротивление воздуха и площадь парашюта помогают уравновесить эту силу, чтобы обеспечить безопасную скорость снижения.
- Строительство зданий и мостов — При проектировании инженеры рассчитывают, какие нагрузки будет выдерживать конструкция под действием силы тяжести, чтобы здание не рухнуло.
- Гидроэлектростанции — Вода, падающая под действием силы тяжести, вращает турбины, вырабатывая электроэнергию.
- Маятниковые часы — Колебания маятника происходят под действием силы тяжести, что позволяет измерять время.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Сила тяжести зависит от скорости движения тела. | Сила тяжести зависит от массы тела и ускорения свободного падения. | Скорость движения тела не влияет на его массу или на гравитационное поле планеты, поэтому не влияет на силу тяжести. |
| Сила тяжести равна массе тела. | Сила тяжести — это векторная величина, а масса — скалярная. Сила тяжести измеряется в ньютонах, а масса — в килограммах. Они связаны формулой Fтяж = m·g. | Масса — это мера инертности тела, а сила тяжести — это сила взаимодействия. Это разные физические величины. |
| Сила тяжести действует только на падающие тела. | Сила тяжести действует на все тела, находящиеся в гравитационном поле, независимо от их движения или покоя. | Предмет на столе испытывает силу тяжести, которая прижимает его к столу, хотя он не падает. Стол оказывает противодействующую силу. |
Не путать
- Вес тела — Сила тяжести — это сила, с которой планета притягивает тело. Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. В состоянии покоя на горизонтальной поверхности вес численно равен силе тяжести, но это разные силы, приложенные к разным объектам.
- Масса — Масса — это скалярная величина, мера инертности тела, измеряется в килограммах. Сила тяжести — векторная величина, сила притяжения, измеряется в ньютонах. Масса тела не меняется в разных местах, а сила тяжести зависит от ускорения свободного падения.
- Сила упругости — Сила тяжести — это гравитационная сила, всегда направленная к центру планеты. Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тела и направленная против деформации (например, сила, которая толкает вверх пружину).
Откуда взялось понятие
Понятие гравитации, частью которого является сила тяжести, было сформулировано Исааком Ньютоном в XVII веке в его законе всемирного тяготения.
Как запомнить
Сила тяжести тянет всё вниз, к центру планеты.
Проверь себя
4 задания-
Какова сила тяжести, действующая на яблоко массой 200 г на Земле? (g ≈ 10 Н/кг)
Ответ
2 Н. -
На какой планете ускорение свободного падения больше: на той, где на тело массой 10 кг действует сила тяжести 50 Н, или на той, где на тело массой 5 кг действует сила тяжести 30 Н?
Ответ
На второй планете (g = 6 Н/кг против 5 Н/кг). -
Может ли сила тяжести быть равна нулю?
Ответ
Да, если тело находится бесконечно далеко от любого массивного объекта или в точке, где гравитационные воздействия взаимно компенсируются. -
Если космонавт на Луне весит в 6 раз меньше, чем на Земле, означает ли это, что его масса на Луне в 6 раз меньше?
Ответ
Нет, масса космонавта не меняется. Просто сила тяжести (а значит, и вес) на Луне меньше, так как меньше ускорение свободного падения.
Частые вопросы
Почему сила тяжести всегда направлена вниз?
Сила тяжести всегда направлена к центру Земли (или другого массивного объекта, который притягивает тело). Для человека на поверхности Земли это направление воспринимается как «вниз», перпендикулярно поверхности, на которой он стоит.
Меняется ли сила тяжести на экваторе и полюсах?
Да, немного меняется. На полюсах Земля немного сплюснута, поэтому расстояние до центра планеты меньше, и сила тяжести чуть больше. На экваторе, помимо большего расстояния до центра, на тела также действует центробежная сила из-за вращения Земли, которая немного уменьшает эффективную силу тяжести.
Что такое невесомость и как она связана с силой тяжести?
Невесомость – это состояние, при котором отсутствует вес, то есть тело не давит на опору или подвес. Сила тяжести при этом продолжает действовать. Например, космонавты на орбите находятся в невесомости, потому что они постоянно «падают» вокруг Земли, но сила тяжести на них действует, удерживая на орбите.
Можно ли полностью избавиться от силы тяжести?
Полностью избавиться от силы тяжести невозможно, так как она является универсальным свойством материи. Можно лишь уменьшить её влияние, например, удалившись от массивных объектов, или компенсировать её действие другими силами.
Спросить про это понятие
Сила тяжести
Где это изучается
12 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.
Понятия рядом
Их разбирают в тех же параграфах, что и это понятие.