Невесомость    

    Невесомость

    Ускорение g уменьшается с увели­чением высоты над Землей. Это озна­чает, что вес тела данной массы умень­шается по мере увеличения высоты его расположения над Землей. Когда не­кий объект покидает Землю и двигает­ся по направлению к Луне, он дости­гает точки, где сила притяжения Зем­ли равна силе притяжения Луны. Эта точка, в которой гравитационные силы равны и противоположны, называется нейтральной (нулевой) точкой.

    На космический корабль, движу­щийся по орбите вокруг Земли, долж­на действовать какая-то сила, направ­ленная к центру круговой орбиты и удерживающая этот космический ко­рабль в круговом движении на одной и той же высоте. Сила, с которой Зем­ля притягивает корабль на этой вы­соте, как раз и является центростреми­тельной силой, необходимой для под­держания тела в круговом движении. Это значит, что космический корабль, а также и предметы, и астронавты внутри его становятся «невесомы­ми».

    Показания весов в невесомости

    Между тем Земля по-прежнему притягивает космический корабль и его содержимое. Корабль и его со­держимое имеют вес mg', где g' — это ускорение свободного падения на высоте корабля. Вес (сила) «мал» на этой высоте, потому что g' сравнитель­но мало, но его как раз хватает для того, чтобы не дать кораблю унестись в пространство, т. е. он удерживает корабль в круговом движении. Пред­меты и астронавты внутри космического корабля также должны испыты­вать силу, удерживающую их на ор­бите вокруг Земли; это обеспечивает­ся их «весом» (тяготением). В грани­цах движущегося космического ко­рабля предметы и астронавты лишь кажутся не имеющими веса (что они не притягиваются); они ощущают то, что называется невесомостью. К сожа­лению, это довольно сомнительно, по­скольку ошибочно предполагать, что астронавты и пр. не имеют никако­го веса (т. е. не притягиваются Зем­лей). Этот термин обосновывается сле­дующим опытом: если объект соеди­нить с пружинными весами в корабле, движущемся по орбите вокруг Земли, то весы покажут нуль, поскольку этот объект не оказывает воздействия си­лой на пружину весов. Поэтому кажется, что он ничего не весит.

    Пружинные весы с подвешенным к ним предметом могут при определен­ных обстоятельствах давать нулевое показание и в школьной лаборатории. Например, если пружинные весы с присоединенным к ним объектом отпу­щены с определенной высоты и свобод­но падают на пол, то в падении они покажут нуль. Объект двигается с ускорением, равным ускорению, явля­ющемуся результатом притяжения его Землей, и поэтому он не действует никакой силой на другие объекты, дви­гающиеся вместе с ней. Вот поэтому пружинные весы показывают нуль, и кажется, что объект не имеет веса. Однако притяжение объекта, дейст­вующее со стороны Земли в отноше­нии объекта (которое было ранее обо­значено как вес), необходимо для под­держания движения объекта по на­правлению к полу. Корабль на орбите находится в том же положении сво­бодного падения, но благодаря орби­тальной скорости и его высоте над Землей он падает таким образом, что его падение следует за кривизной Зем­ли. Он никогда не приближается к Земле, потому что земная поверхность одновременно «падает» прочь от кос­мического корабля.

    Свободное падение и состояние невесомости

    Примечание. Некоторые источники определяют вес тела как «силу, с ко­торой это тело действует на другое тело, которое его удерживает в рав­новесии, например, сила, с которой объект действует на пружину весов, называется «вес». Это определение приводит к различным умозаключени­ям о невесомости вроде того, что объект на самом деле может быть не­весомым! Напротив, определение веса как притяжения Земли в отношении объекта означает, что вес W, который определяется формулой W = mg, мо­жет быть нулем, только если m=0. Поскольку все объекты имеют массу и g не может быть нулем, исключая теоретическое расстояние бесконеч­ности, W всегда должно иметь какое-то значение вне зависимости от того, насколько малой может быть эта вели­чина. Понятие веса может использо­ваться в ходе выполнения какой-либо задачи с учетом того, что притяжение Земли, действующее на этот объект, не заставляет этот объект воздейст­вовать силой на другой объект, на­пример на пружинные весы, которые поддерживают его. При этом, если пружинные весы дадут нулевое пока­зание, мы скажем, что объект кажется невесомым. При использовании опре­деления веса не­правильно говорить, что объект неве­сом; следует особо подчеркнуть, что «невесомость» его является кажущей­ся. (Выделение курсивом слова ка­жущаяся и кавычками слова «неве­сомость» показывает, что последнее не употребляется в буквальном значении слова.)

    Рисунок 3.3, а показывает объект, закрепленный на пружинных весах, в момент их свободного падения на пол в лаборатории, при этом наблюдают­ся нулевые показания весов, а рису­нок 3.3, б демонстрирует астронавта, свободно «плавающего» в космичес­ком корабле, вращающемся по орби­те вокруг Земли. Оба тела кажут­ся «невесомыми».

     

    это интересно

     

    ускорение свободного падения, потенциальная энергия, джоуль

Copyright © 2011-2014  globalphysics.ru
All Rights Reserved