Движение тела, брошенного вертикально вверх, при отсутствии сил сопротивления также равноускоренное, происходящее с ускорением свободного падения. Дело в том, что толчок тела вверх не может изменить силу тяжести, действующую на тело. Следовательно, не измениться ни направление, ни численное значение ускорения тела.
Вы видите фотографию стробоскопической съёмки движения тела, брошенного вертикально вверх с некоторой начальной скоростью.
На ней видно, что при движении вверх, тело постепенно уменьшает свою скорость. Причём за каждую секунду она уменьшается на величину, численно равную модулю ускорения свободного падения. Через некоторое время тело достигает наивысшей точки подъёма и на мгновение останавливается, то есть его скорость становится равной нулю. Достигнув наивысшей точки подъёма, тело, под действием силы тяжести начнёт свободно падать, проходя те же положения, что и при подъёме.
На прошлом уроке мы показали, что при свободном падении тело движется равноускорено. Поэтому для описания движения тела вверх и вниз мы можем воспользоваться кинематическим уравнением равноускоренного движения и уравнением скорости в проекциях на координатную ось.
Рассмотрим подробно движение тела вверх.
Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что действующую на свободно падающее тело силу тяжести не стоит путать с весом тела. Ведь вес тела определяется как сила, с которой тело действует на опору или на подвес. То есть сила тяжести приложена к телу, а вес — к опоре или подвесу. Природа силы тяжести и веса также различна. Сила тяжести имеет гравитационное происхождение, а вес — это частный случай силы упругости, то есть это электромагнитная сила.
Что бы наглядно продемонстрировать эту разницу рассмотрим тело, находящееся в кабине лифта, которая движется с некоторым ускорением вниз. На тело со стороны Земли будет действовать сила тяжести, со стороны опоры на тело будет действовать сила реакции опоры, а со стороны тела на опору будет действовать его вес. Причём, согласно третьему закону Ньютона, вес тела будет равен по модулю и противоположен по направлению силе нормальной реакции опоры.
Из формулы также видно, что в случае свободного падения тела, его вес станет равным нулю. Такое состояние тела называется невесомостью.
В том, что вес тела действительно становится равным нулю, можно убедиться и с помощью опытов.
Возьмём динамометр с подвешенным на нём грузом. Если динамометр покоится относительно Земли, то он покажет, что вес тела равен по модулю силе тяжести. А теперь отпустим динамометр. Легко заметить, что при этом стрелка динамометра устанавливается на нуле, показывая, что вес тела стал равным нулю.
Таким образом, действительно всякое тело, на которое действует только сила тяжести, находится в состоянии невесомости. Но нельзя забывать о том, что в состоянии невесомости масса тела не меняется, как и не меняется действующая на тело сила тяжести. Ведь именно она является причиной свободного падения.
Невесомость достаточно распространённое состояние. В таком состоянии вы находитесь, например, когда прыгаете, с момента отрыва от земли и до момента приземления. Состояние невесомости испытывают прыгуны с вышки и парашютисты, в первые моменты своего падения. Даже бегуны в короткие промежутки времени между касаниями ногой земли находятся в состоянии невесомости.
Возникновение невесомости можно пронаблюдать и на таком опыте. Зажмём в лапке штатива полоску бумаги, а свободный конец поместим между двумя гирями наборного груза. Если мы медленно будем опускать груз, то полоска бумаги в какой-то момент времени порвётся. Это означает, что она была сильно зажата между гирями. Заменив бумажку, дадим грузу свободно упасть.
Как видно, полоска бумаги осталась целой. Этот опыт показывает, что при свободном падении верхняя гиря не давит на опору — нижнюю гирю, то есть она стала невесомой.
Таким образом, обобщив результаты наших опытов, можно утверждать, что невесомость — это такое состояние, при котором в телах, свободно движущихся в гравитационном поле, исчезают деформации и взаимные давления частиц тела друг на друга.
Домашняя работа
стр. 60 – 63
упр. 14
