На интуитивном уровне мы с самого рождения чувствуем, что Земля всё к себе притягивает: людей, птиц, дома, камни, машины. В общем, всё, что мы видим вокруг.
Однако, оказывается, что все эти предметы тоже притягивают Землю к себе. Более того, притяжение существует между любыми телами.
Земля и Луна притягиваются друг к другу. Все планеты, двигающиеся вокруг Солнца, притягиваются к нему и друг к другу.
Притяжение всех тел Вселенной друг к другу называется всемирным тяготением.
Если яблоко оторвётся от ветки, оно начнёт падать.
На ветке у него была нулевая скорость, а после того, как оно оторвалось, скорость изменилась.
Из предыдущих уроков мы знаем, что для изменения скорости тела к нему должна быть приложена какая-то сила.
Получается, Земля и яблоко притягивают друг друга с какой-то силой. Также и любые другие тела взаимно притягиваются с какой-то силой.
Было установлено, что силы притяжения между телами тем больше, чем больше масса этих тел и чем ближе они находятся друг к другу.
Соответственно чем меньше масса тел и чем дальше друг от друга они находятся, тем меньше силы взаимного притяжения.
То, что все окружающие предметы притягиваются к Земле — это лишь одно из проявлений сил всемирного тяготения, иначе говоря, его частный случай.
Если яблоко оторвётся от ветки на Луне или любой планете, оно тоже к ней притянется. С другой скоростью, конечно, но сути это не меняет.
Сила, с которой тело притягивается Землёй (или другой планетой) называется силой тяжести.
В дальнейшем под силой тяжести будет подразумеваться та, которая действует на Земле.
Любая сила имеет 3 характеристики: численное значение, направление и точку приложения.
Определим все эти характеристики для силы тяжести.
Начнём с численного значения. Вспомним следующую формулу.
Сила равна массе тела, умноженной на изменение скорости тела, делённое на время, в течение которого изменялась скорость.
Возьмём какое-нибудь тело. Измерим его массу. Затем на какой-нибудь высоте отпустим его и измерим изменение его скорости. При этом засечём время падения. Тогда мы сможем подсчитать, какая сила тяжести действует на это тело.
Теперь возьмём тело с большей массой. Из вышеуказанной формулы видно, что чем больше масса, тем больше сила, которая действует на тело.
Интуитивно кажется, что чем больше сила, тем быстрее должна меняться скорость более массивного тела. Но это не так. Напомню, что масса – это мера инертности тела. Тела с большей инертностью сложнее разогнать. Для разгона к ним нужно прикладывать бо́льшую силу, чем для разгона менее массивного тела.
Получается, что независимо от массы тел, скорость их падения на Землю меняется одинаково.
То есть отношение Δv к t оказывается одним и тем же для тел любой массы.
Это отношение показывает, насколько меняется скорость каждую секунду.
Оно обозначается буквой g от слова gravity (гравитация).
Называется эта величина ускорение свободного падения.
Её единицы измерения вычисляются из отношения дельта Δv к t.
Δv – это метры в секунду; t – это секунды. Значит единицей измерения g будет — м/с2
У поверхности Земли ускорение свободного падения приблизительно равно 9,8 м/с2.
Перепишем уже известную нам формулу с учётом введённой величины.
Получится F = mg. Но так как это сила тяжести, добавим под букву F слово «тяж».
Это формула для нахождения модуля силы тяжести.
Надо обратить особое внимание на то, что примерное значение 9,8 м/с2 верно именно у поверхности Земли. Чем выше тело находится от Земли, тем будет меньше это значение.
Также надо отметить, что значение g у поверхности Земли не везде одинаково.
Земля не является идеальным шаром. Она чуть-чуть приплюснута с полюсов. Соответственно на полюсах расстояние до центра Земли чуть меньше. Соответственно значение g там будет чуть больше. А на экваторе наоборот чуть меньше.
Перейдём к направлению силы тяжести. Если взять гирьку и подвесить на нити, нить расположится строго вертикально. Получается и сила тяжести направлена вертикально вниз, к центру Земли.
Теперь определим точку приложения силы тяжести. Тело состоит из молекул. У молекул есть масса, пусть и очень маленькая. Соответственно на каждую из них тоже действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Она крошечная, но молекул огромное количество. Силы тяжести складываются друг с другом, и мы можем говорить об одной общей силе тяжести, которая действует на определённую точку внутри тела. Называется эта точка центром тяжести. У каждого тела она своя.
Если тело имеет простую форму, то центр тяжести легко определить.
У шара центр тяжести находится в его центре. У прямоугольного параллелепипеда центр тяжести тоже находится в его центре. У однородного стержня центр тяжести всё также находится в его центре.
Если тело имеет сложную форму, центр тяжести тоже можно определить. Но это выходит за рамки учебной программы 7-го класса.