Сила тяжіння

Всі ми знаємо, що Земля має форму кулі і люди живуть на всій поверхні. Чому ж тоді мешканці його «нижньої» південної половини не падають униз? Це відбувається завдяки силі тяжкості, яка утримує на планеті всі фізичні тіла. Розберемося, що таке сила тяжіння, від чого вона залежить і чи працює під водою.

Що таке сила тяжіння у фізиці

Силою тяжкості у фізиці називається сила тяжіння Землі, що діє на матеріальні об'єкти, що знаходяться поблизу її поверхні. Тобто це така сила, яка тягне до центру Землі все, що має масу: від крапель води та атомів кисню в атмосфері до будівель та техніки. Завдяки цьому явищу люди і тварини можуть ходити, спираючись на ноги та лапи, а вода і ґрунт не відлітають із планети в космічний простір.

Корисна інформація про силу тяжіння

Формула сили тяжіння

Обчислити значення сили тяжіння, що діє на об'єкт, що цікавить нас, досить просто: необхідно помножити масу цього об'єкта на прискорення вільного падіння.

F_т = mg, де
F_т - Сила тяжіння
m – маса фізичного тіла
g – прискорення вільного падіння у місці розташування цього тіла

У підручниках фізики значення g зазвичай приймають за 9,8 м/с 2 , а на іспитах ОГЕ та ЄДІ для зручності його округляють ще сильніше до 10 м/с 2 .

Однак для наукових обчислень використовується більш точне значення прискорення вільного падіння, що залежить від розташування об'єкта.Наприклад, на полюсах Землі g = 9,82 м/с 2 , але в екваторі – 9,78 м/с 2 . Така різниця виникає через те, що наша планета має форму неідеальної кулі і «приплюснута» з полюсів. Відстань від поверхні Землі до її центру на полюсі менша, ніж на екваторі, а значить за законом всесвітнього тяжіння сила гравітації на полюсі буде більшою.

Одиниця виміру

Як і будь-яка інша фізична сила, сила тяжіння у міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється в ньютонах:

1Н = 1кг*м/с 2

Існують і похідні одиниці:

1 кН (кілоньютон) = 1 000 Н
1 МН (меганьютон) = 1000000 Н
1 мН (міліньютон) = 0,001 Н
1 нН (наноньютон) = 0,000001 Н

Сила тяжіння, що діє на воду та рідини

Як ми вже знаємо, сила тяжіння діє на все, що має масу і знаходиться в гравітаційному полі Землі. Отже, діє вона також і на воду, і на все, що знаходиться у воді або на її поверхні.

У завданнях, де потрібно знайти силу тяжкості, що діє на воду, зазвичай вказується об'єм рідини, який нас цікавить. У цьому випадку всю воду ми можемо прийняти за єдине фізичне тіло, що має певну масу. При цьому нам не потрібно враховувати форму тіла або форму посудини, заповненої водою, достатньо мати дані про об'єм і пам'ятати, що один літр чистої води важить один кілограм. Далі обчислення провадимо за вже згаданою формулою. Наприклад, на три літри води діє сила тяжіння, що дорівнює:

F_т = 3 * 9,8 = 29,4 Н

Нагадуємо, що у ЄДІ g=10, отже, у відповіді буде 30 М.

Не залежить величина сили тяжіння і від середовища, в якому знаходиться об'єкт, що розглядається: вона буде однаковою і на повітрі, і у воді, і, наприклад, в розчині бетону.Але у воді та будь-якій іншій рідині на фізичні тіла діє сила, вектор якої спрямований суворо у протилежний бік: це сила виштовхування, вона ж сила Архімеда. Плавучість предмета, тобто його здатність триматися поверхні води, залежить від її значення. Якщо сила, що виштовхує тіло, перевершить силу тяжіння, то воно спливе на поверхню води, якщо навпаки - потоне. Якщо сили рівні – тіло «зависне» одному рівні в товщі води. Пам'ятайте: це актуально, тільки якщо на об'єкт, що розглядається, не діють ніякі інші сили: його не штовхають гвинтом, не тягнуть за мотузку та інше.

Зв'язок сили тяжкості та маси тіла

Завдяки загальноприйнятому округленню прискорення вільного падіння можна сказати, що сила тяжіння, що діє на фізичне тіло, залежить тільки від маси цього тіла. У всякому разі, таке твердження точно актуальне для завдань на ОГЕ та ЄДІ, де g округляється до 10 незалежно від розташування об'єкта.

Завдання на тему «Сила тяжіння»

Розв'яжемо кілька завдань про силу тяжіння для закріплення теми.

Завдання 1

Визначте, на які фізичні тіла в наступних парах діє бобільша сила тяжіння:

1. Порожня літрова банка заповнена водою літрова банка.
2. Чавунний шар діаметром 10 см, шар з пінопласту діаметром 10 см.
3. Пакет гречаної крупи вагою 1 кілограм, пакет кукурудзяних паличок вагою 1 кілограм.

Завдання 2

Обчисліть, з якою силою Земля притягує себе такі об'єкти:

1. Хлопчик Петя масою 30 кілограмів.
2. Круїзний лайнер "Едельвейс" масою 141 785 кілограмів.
3. Порція цукрової вати масою 50 г.

Відповіді до завдань

Для самоперевірки використовуємо відповіді.

Завдання 1

У кожній парі необхідно вибрати фізичне тіло з більшою вагою.

1. Заповнена водою літрова банка, оскільки літр води додає 1 кг до маси.
2. Щільність чавуну вище щільності пінопласту, отже, він важчий. Тому при рівному обсязі куля з чавуну має бобільшу масу.
3. Маса пакетів однакова, тому на них діє однакова сила важкості.

Завдання 2

Домножимо масу кожного об'єкта на прискорення вільного падіння g=10 (округлюємо до значення, що використовується на підсумкових іспитах) та отримаємо силу тяжкості.

1. 30 × 10 = 300 Н
2. 141785×10 = 1417850 Н
3. 50 гр = 0,05 кг, отже 0,05×10 = 0,5 Н

Популярні запитання та відповіді

Відповідає Юлія Крутова, вчитель фізики середньої загальноосвітньої школи №16 (Московська область, Оріхово-Зуєвський міський округ):

Де у житті можна побачити дію сили тяжіння?

Напевно, головним прикладом є наше з вами ходіння будь-якими поверхнями. І якщо ми підкинемо м'яч угору, то побачимо, як він гальмує та падає назад. А ще подивіться на кімнату, де перебуваєте. У ній кожен предмет буде підтвердженням дії сили тяжіння: висота на стелі люстра, що стоїть на підлозі шафа і навіть кішка, що лежить на дивані.

Навіщо в 9 класі потрібно знати формулу сили тяжіння?

Сила тяжіння – це основа. Можливо, звучить брутально, але це так. Цю формулу необхідно знати з 7 класу, а в 9 класі для школярів, що здають ОДЕ, вона є обов'язковою.

У яких завданнях ОДЕ та ЄДІ з фізики перевіряється знання дії сили тяжіння?

Завдання ЄДІ, в яких, згідно з кодифікатором і специфікацією, може бути сила тяжкості – це №5, 6, 18-20, 22 і 26. Але не варто забувати, що в завданнях у блоках «Термодинаміка» і «Електродинаміка» теж можуть розглядатиметься механічні процеси, а з ними і сила тяжіння. Якщо підбити підсумок, то ця тема може зустрітися у 70% завдань ЄДІ.

Згідно з кодифікатором та специфікацією ОДЕ з фізики завдання №1-6, 11 та 13-25 можуть містити питання за силою тяжкості, а це практично 80% всього іспиту.