Слайд 2

ЦЕЛЬ: Дать понятие невесомости в комплексном виде ЗАДАЧИ: Разобраться в механизме возникновения этого явления; Описать этот механизм математически и физически; Рассказать некоторые интересные факты про невесомость; Понять, как состояние невесомости влияет на здоровье людей, находящихся в космическом корабле, на станции и т.д., то есть посмотреть на невесомость с биологической и медицинской точек зрения.

Слайд 3

Вес тела – сила, с которой тело вследствие его притяжения к земле действует на опору или подвес. По III закону Ньютона: Р = -Fу (1) (рис.1); 2) Также, по III закону Ньютона Fт = -Fу (2); 3) Сопоставив выражения 1 и 2, получим: Р = FТ; 4) По II закону Ньютона при движении тела массой m под действием силы тяжести Fт и силы упругости FУ с ускорением а выполняется равенство: FТ + FУ = ma 5) Из уравнений Р = -FУ и Fт + Fу = mа получаем: Р = Fт – ma = mg – ma, или Р = m(g – a). 6) OY (рис.2): Ру = m(gУ – aУ) или P = m(g – a).

Слайд 4

Четыре случая веса тела в ускоренно движущимся лифте

Говоря о весе тела в ускоренно движущимся лифте,обычно рассматриваются три случая: Лифт движется с ускорением, направленным вверх (P>mg, P=mg+a) Лифт движется с ускорением, направленным вниз (P

Слайд 5

А как должен двигаться лифт, чтобы человек мог ходить по потолку? Лифт должен двигаться с ускорением большим g. Когда ускорение а станет равным g, вес станет равным нулю. Если и дальше увеличивать ускорение, то можно предположить, что вес тела изменит направление.

Слайд 6

НЕВЕСОМОСТЬ Если тело вместе с опорой свободно падает, то a = g, и из формулы P = m(g – a) следует, что P = 0. Исчезновение веса при движении опоры с ускорением сводного падения называется невесомостью. Невесомость бывает двух видов: Статическая невесомость – потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из – за ослабления притяжения. 2) Динамическая невесомость – состояние, в котором находится человек во время полета по орбите.

Слайд 7

Возникновение динамической невесомости

Слайд 8

Тело под действием внешних сил будет в состоянии невесомости, если: 1) Действующие на тело силы являются только массовыми (силы тяготения); Поле этих массовых сил локально однородно; Начальные скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы.

Слайд 9

Пламя в невесомости В невесомости пламя свечи принимает сферическую форму и имеет голубой цвет Пламя свечи на Земле Пламя в невесомости

Слайд 10

Кипение жидкости в невесомости В невесомости кипение становится гораздо более медленным процессом. Однако вибрация жидкости может привести к ее резкому вскипанию. Этот результат имеет значение для космической индустрии. Кипение воды на Земле Кипение воды в условиях невесомости

Слайд 11

ЧЕЛОВЕК И НЕВЕСОМОСТЬ Пути решения проблем, связанных с невесомостью: Мышечная тренировка, электростимуляция мышц, отрицательное давление, приложенное к нижней половине тела, фармакологические и др. средства; Создание на борту космического аппарата искусственной тяжести; Ограничение мышечной активности, лишение человека привычной опоры по вертикальной оси тела, снижение гидростатического давления крови и т.д.

Слайд 12

Исследование проблем жизнедеятельности в космосе Американская орбитальная станция "Скайлэб" (от английского Skylab, то есть, sky laboratory - "небесная лаборатория")

Слайд 13

Операция в невесомости Французские медики во главе с профессором Домиником Мартеном из Бордо провели первую в мире хирургическую операцию в условиях невесомости. Эксперимент проводился на борту авиалайнера А-300 в специально оборудованном модуле. В его проведении участвовало трое хирургов и двое анестезиологов, которым предстояло в условиях невесомости удалить жировую опухоль на руке у пациента – добровольца – 46 – летнего Филлипа Саншо.

Слайд 14

Итоги Невесомость возникает тогда, когда тело свободно падает вместе с опорой, т.е. ускорение тела и опоры равно ускорению свободного падения; Невесомость бывает двух видов: статическая и динамическая; Невесомость может быть использована для осуществления некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях; Изучение пламени в условиях невесомости необходимо для оценки пожароустойчивости космического корабля и при разработке специальных средств пожаротушения;

Слайд 15

Итоги Детальное понимание процесса кипения жидкости в космосе крайне важно для успешного функционирования космических аппаратов, несущих на борту тонны жидкого топлива; Влияние невесомости на организм является отрицательным, так как вызывает изменение ряда его жизненных функций. Это можно исправить путем создания на космическом корабле искусственной тяжести, ограничения мышечной активности космонавтов и т.д.; Человек может быть прооперирован в космическом пространстве, в условиях невесомости. Это доказали Французские медики во главе с профессором Домиником Мартеном из Бордо.

Слайд 16

Слайд 17

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Посмотреть все слайды

Наша сегодняшняя встреча посвящена удивительному свойству материи - гравитации (тяготению). Притяжение Земли настолько привычно и естественно, что мы его не замечаем. Но что мы знаем о земном тяготении?

Разберемся, как возникает, от чего зависит и как проявляется земная гравитация.

Сила тяжести

Взаимное притяжение всех тел во Вселенной было открыто . Это притяжение и получило название гравитационного взаимодействия.

Им же была установлена зависимость этих сил от массы взаимодействующих тел и расстояния между ними.

Чем больше масса тел, тем больше сила их притяжения. Зато с увеличением расстояния она уменьшается.

Для нас - землян особенно важна сила тяготения нашей планеты. Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, принято называть силой тяжести.

Она убывает по мере удаления от земной поверхности и всегда направлена к центру Земли. То есть земной шар притягивает внешние тела так, как материальная точка. Наша планета слегка сплюснута у полюсов (около 27 км), и тяготение в этих точках, немного превышает притяжение на экваторе или в других широтах. Соответственно сила тяжести на вершине горы немного меньше чем у ее подножья.

Для обозначения этой силы используется символ F тяж.

Вес тела, невесомость

Итак, сила тяжести это результат взаимодействия тел с Землей. Но в повседневной жизни мы часто используем понятие веса тела. Выясним, что это за величина.

Для этого мысленно перенесемся в неподвижный лифт. Вес его пассажиров P будет равен силе тяжести (P = F тяж). В поднимающемся с ускорением лифте, сила тяжести неизменна, а вот вес начнет увеличиваться. Это ощущается как увеличение давления со стороны опоры - пола. Лифт опускается, постепенно замедляя скорость. Давление опоры станет меньше, т.е. при неизменной силе тяжести вес уменьшается.

… Следы, оставленные человеком, животными или транспортом на влажном песке или снегу, как раз и подтверждают действие этих тел на опору.

Вес тела это та сила, с которой неподвижные тела действуют на опору или растягивают подвес.

Нужно помнить, что сила тяжести приложена к центру предмета, а вес - к опоре или подвесу.

Что произойдет с весом тела, если опора или подвес исчезнет? Тело начнет свободное падение. А поскольку исчезло сопротивление его дальнейшему движению, вес тела станет равным нулю. Для тел, находящихся в свободном падении, наступает состояние невесомости.

Невесом летящий парашютист до раскрытия парашюта, посетители аттракциона «американские горки» после прохождения наивысшей точки, и, вообще, каждый прыжок вверх это несколько секунд невесомости перед приземлением.

Но почему испытывают невесомость космонавты на орбите после выключения двигателей на космическом корабле? Взаимодействуя с Землей, эти космические объекты стремятся к свободному падению, но их горизонтальная скорость столь велика (около 8 км/c), что упасть они не могут и летят по своей орбите, описывая виток за витком вокруг Земли.

Влияние Архимедовой силы на вес тела

До сих пор мы рассматривали проявления силы тяжести, считая, что взаимодействие осуществляется в безвоздушной среде. А как наличие газа или жидкости повлияет на вес тела?

Ответ на этот вопрос дал один из достойнейших сыновей древней Греции — Архимед еще 3 тысячи лет до нашей эры.

Учёный утверждал, что в результате взаимодействия тела со средой (жидкостью или газом) возникает выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Её численное значение равно весу жидкости, вытесненной телом.

Вес тела в жидкости или газе всегда меньше веса этого тела в вакууме на величину выталкивающей силы.

Если же предмет герметично прижат ко дну Архимедова сила не возникает.

Масса

С понятием веса мы уже знакомы. Поговорим о массе:

• Изначально под массой понимали количество вещества, заключённое в теле.
• Затем была установлена её связь с инертностью. Чем больше масса, тем более инертно тело.
• Она определяет и гравитационные особенности тела. Более массивные тела обладают большей силой тяготения.
• Масса данного тела будет одинаковой как на Земле, так и на Луне или на любой другой планете. Она не зависит и от географической широты.
• Для её обозначения используют букву m, измеряют в кг.

Вес же, как любая сила, измеряется в ньютонах (Н). Существует формула, связывающая массу и вес тела:

здесь g - ускорение свободного падения.

Свободное падение

Падение тел изучал итальянский учёный Галилей. Он наблюдал за движением тел, сбрасывая их с очень высокой наклонной башни, расположенной в городе Пизе. По имени города эта башня высотой 55 м и получила название Пизанской.

Галилей одновременно сбрасывал пушечное ядро весом 80 кг и маленький металлический шарик. Касались земли они почти в одно и то же время. Ученый сделал вывод, что единственной причиной, неодновременного приземления шаров является сопротивление воздуха.

Падение тел в безвоздушном пространстве только под действием силы тяжести называют свободным падением.

В земных условиях мы можем наблюдать это явление лишь приближенно. Потому, что атмосферный воздух является помехой свободно падающему телу.

При этом движении скорость падающих тел каждую секунду увеличивается на 9,81 м/с.

То есть ускорение свободного падения g = 9,81 м/ и лишь слегка изменяется при изменении географической широты места. В расчетах часто принимают g = 10 м/c 2 .

На Луне, где сила притяжения меньше в 6 раз, g = 1,6 м/c 2 .

Сейчас идет очень активное изучение «красной планеты» - Марса. Его масса почти в 10 раз меньше чем у нашей родной планеты. Казалось бы, что и вес тел должен уменьшаться тоже в 10 раз. Однако, радиус Марса почти в 2 раза уступает земному радиусу, что приводит к увеличению силы тяжести почти в 4 раза. В конечном счете, сила тяжести, как и вес тела, составят лишь 1/3 часть земной силы тяжести.

Точно так можно узнать силу тяжести тела на любой планете. Скажем, космонавт, вес которого на Земле 80 кг, на планете – гиганте Юпитер будет весить 161,2 кг.

Момент силы тяжести

У каждого тела есть центр тяжести. Если за него мысленно подвесить тело, оно сохранит первоначальное положение. Например, центр тяжести шара, находится в его геометрическом центре. Чем ниже положение центра тяжести, тем устойчивее положение тела. Поэтому лыжник, мчащийся с горы, слегка приседает. Тем самым он смещает свой центр тяжести книзу, увеличивая этим свою устойчивость.

«Знакома» с законами физики и всем известная игрушка- неваляшка. Её центр тяжести находится внизу, поскольку там закреплен грузик. И даже незначительное отклонение этой игрушки в сторону приподнимает центр тяжести. Сила тяжести создает вращающий момент, восстанавливающий вертикальное положение тела.

Момент силы тяжести – это произведение силы тяжести на плечо этой силы:

M= F тяж L=mgL,

где
M - момент силы тяжести;
L - плечо этой силы, т е. перпендикуляр между линией приложения силы и центром вращения.
Единицей измерения вращающего момента является 1Нм.

Размещая грузы в автомобилях или на морских судах, всегда располагают их как можно ниже. Это обеспечивает устойчивость, предохраняет грузовой транспорт от опрокидывания.

Работа силы тяжести

Совершает ли работу свободно падающее тело? Например, метеорит, прилетевший к нам из космических глубин, яблоко, упавшее с ветки или ниспадающий водопад.

При любом вертикальном изменении положения тела, его центр тяжести либо опускается, либо поднимается. Сила тяжести при этом совершает работу

где mg = F тяж.

Если тело опускается - работа положительна, поднимается - отрицательна. На замкнутом пути, когда тело брошено вертикально вверх, а затем, свободно падая, возвращается в исходную точку, работа равна 0.

Заключение

Сила тяжести сыграла огромную роль в приспособлении человека и животных для жизни на суше. Благодаря силе гравитации мы ходим по земле, а не улетаем в космос. Она удерживает атмосферу планет и воду в мировом океане. Ей мы обязаны движением планет и их спутников в нашей солнечной системе.

Наше знакомство с земной гравитацией закончено. Много веков люди ищут способы освобождения от земных пут. Пока секреты антигравитации не раскрыты.

Но человечеству удалось преодолеть земную гравитацию и достичь фантастических успехов в освоении космоса.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Мы привыкли к тому, что все предметы вокруг нас имеют вес. Происходит это потому, что сила гравитации притягивает их к Земле. Даже если мы летим в самолёте или прыгаем с парашютом, вес никуда от нас не девается. Но что же произойдёт, если вес всё же исчезнет, когда это бывает и какие интересные явления наблюдаются в условиях невесомости? Обо всём этом — в данном посте.

Закон всемирного тяготения, открытый ещё Ньютоном, гласит, что все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. Для тел с маленькой массой такое притяжение практически не заметно, но если тело имеет большую массу, такую, как наша планета Земля (а её масса в килограммах выражается 25-значным числом), то притяжение становится заметным. Поэтому все предметы притягиваются к Земле — если их поднять, они падают вниз, а когда упадут, сила тяжести прижимает их к поверхности. Это и приводит к тому, что всё на Земле имеет вес, даже воздух прижимается к Земле силой тяжести и своим весом давит на всё, что находится на её поверхности.

Когда вес может исчезнуть? Либо тогда, когда сила тяжести вообще не действует на тело, либо тогда, когда она действует, но телу ничто не мешает свободно падать. Хотя с удалением от Земли сила притяжения к ней уменьшается, даже на высоте в сотни и тысячи километров она остаётся ещё большой, поэтому избавиться от силы тяжести непросто. А вот оказаться в состоянии свободного падения вполне возможно.

Например, можно оказаться в состоянии невесомости, если оказаться в самолёте, движущемся по специальной траектории — так же, как тело, которому не мешало бы сопротивление воздуха.

Выглядит всё это так:

Конечно, долго по такой траектории самолёт двигаться не может, т. к. врежется в землю. Поэтому с длительным пребыванием в условиях невесомости сталкиваются только космонавты, живущие на орбитальной станции. И им приходится привыкать к тому, что многие привычные нам явления в условиях невесомости происходят совсем не так, как на Земле.

1) В невесомости можно легко перемещать тяжёлые предметы и перемещаться самому, приложив лишь небольшое усилие. Правда, по этой же причине любые предметы нужно специально закреплять, чтобы они не летали по орбитальной станции, а на время сна космонавты забираются в специальные мешки, прикреплённые к стене.

Для того, чтобы научиться двигаться в невесомости, нужно время, и у новичков это получается не сразу. «Они толкаются со всей силы и ударяются головой, путаются в проводах и прочее, так что это источник бесконечного веселья» — сказал на эту тему один из американских астронавтов.

2) Жидкости в невесомости принимают шарообразную форму. Воду не получится, как мы привыкли на Земле, хранить в открытой посуде, вылить из чайника и налить в чашку, даже вымыть руки не получится привычным для нас способом.

3) Пламя в условиях невесомости очень слабое и со временем затухает. Если в обычных условиях зажечь свечу, она будет гореть ярко, пока не сгорит. Но происходит это потому, что нагретый воздух становится легче и поднимается вверх, освобождая место для свежего воздуха, насыщенного кислородом. В невесомости конвекции воздуха не наблюдается и со временем кислород вокруг пламени выгорает и горение прекращается.

Горение свечи в обычных условиях и в невесомости (справа)

Но постоянный приток кислорода нужен не только для горения, но и для дыхания. Поэтому если космонавт неподвижен (например, спит), то в отсеке должен работать вентилятор, чтобы перемешивать воздух.

4) В невесомости можно получать уникальные материалы, которые трудно или вообще невозможно получить в земных условиях. Например, сверхчистые вещества, новые композиционные материалы, большие правильные кристаллы и даже лекарства. Если бы удалось снизить стоимость доставки грузов на орбиту и обратно, это решило бы многие технологические проблемы.

5) В невесомости на борту орбитальной станции были впервые обнаружены некоторые ранее неизвестные эффекты. Например, образование структур, напоминающих кристаллические, в плазме, или «эффект Джанибекова» — когда вращающийся предмет через определённые промежутки времени внезапно меняет ось вращения на 180 градусов.

Эффект Джанибекова:

6) Невесомость оказывает существенное влияние на человека и живые организмы. Хотя к жизни в невесомости можно приспособиться, сделать это не так просто. Оказавшись в состоянии невесомости впервые, человек теряет ориентацию в пространстве, возникает головокружение, т. к. вестибулярный аппарат перестаёт нормально работать. Другие изменения в организме включают перераспределение жидкости в организме, из-за чего отекает лицо и закладывает нос, из-за пропадания нагрузки на позвоночник увеличивается рост, а при длительном пребывании в невесомости атрофируются мышцы и теряют прочность кости. Чтобы уменьшить негативные изменения, космонавтам приходится регулярно выполнять специальные упражнения.

После возвращения на Землю космонавтам приходится вновь приспосабливаться к прежним условиям не только физически, но и психологически. Они могут, например, по привычке оставить стакан в воздухе, забыв, что он упадёт.

«Физика невесомости». Как работают законы физики в условиях невесомости, рассказывают космонавты на МКС:

«Физика - 10 класс»

Вспомните определение силы тяжести. Может ли она исчезнуть?

Как мы знаем, силой тяжести называют силу, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи этой поверхности.

Весом тела называют силу, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Вес не является силой какой-то специфической природы. Это название присвоено частному случаю проявления силы упругости.

Вес действует непосредственно на чашку пружинных весов и растягивает пружину; под действием этой силы поворачивается коромысло рычажных весов.
Поясним сказанное простым примером.

Пусть тело А находится на горизонтальной опоре В (рис. 3.9), которой может служить чашка весов.
Силу тяжести обозначим через , а силу давления тела на опору (вес) - через 1 .
Модуль силы реакции опоры равен модулю веса 1 согласно третьему закону Ньютона.

Сила направлена в сторону, противоположную весу 1
Сила реакции опоры приложена не к опоре а к находящемуся на ней телу.

В то время как сила тяжести обусловлена взаимодействием тела с Землёй, вес 1 появляется в результате совсем другого взаимодействия - взаимодействия тела А и опоры В.
Поэтому вес обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести.

Важнейшей особенностью веса является то, что его значение зависит от ускорения, с которым движется опора.

При перенесении тел с полюса на экватор их вес изменяется, так как вследствие суточного вращения Земли весы с телом имеют на экваторе центростремительное ускорение.
По второму закону Ньютона для тела, находящегося на экваторе, имеем

где N - сила реакции опоры, равная весу тела.

На полюсе вес тела равен силе тяготения. Очевидно, что на полюсе вес тела больше, чем на экваторе.

Остановимся на более простом случае.
Пусть тело находится на чашке пружинных весов в лифте, движущемся с ускорением .
Согласно второму закону Ньютона

Координатную ось OY системы отсчёта, связанной с Землёй, направим вертикально вниз.
Запишем уравнение движения тела в проекции на эту ось:

mа у = F y + N у.

Если ускорение направлено вниз, то, выражая проекции векторов через их модули, получаем mа = F - N. Так как N = F 1 , то mа = F - F 1 .
Отсюда ясно, что лишь при а = 0 вес равен силе, с которой тело притягивается к Земле (F 1 = F). Если а ≠ 0, то F 1 = F - mа = m(g - а).

Вес тела зависит от ускорения, с которым движется опора, и появление этого ускорения эквивалентно изменению ускорения свободного падения.
Если, например, заставить лифт падать свободно, т. е. а = g, то F 1 = m(g - g) = 0, тело находится в состоянии невесомости.

Наступление у тел состояния невесомости означает, что тела не давят на опору и, следовательно, на них не действует сила реакции опоры, они движутся только под действием силы притяжения к Земле.

Одинакова ли природа невесомости у тел, находящихся в лифте, и у тел, находящихся в спутнике?

Механическая сущность невесомости состоит в том, что в системе отсчёта, движущейся относительно Земли с ускорением свободного падения, исчезают все явления, которые на Земле обусловлены силой тяжести.

Многократно проводились опыты, в которых создавалось состояние невесомости. Например, самолёт разгоняется и начиная с некоторого момента движется строго по параболе, той, которая была бы в отсутствие воздуха.

В кабине при этом наблюдаются необыкновенные явления: маятник замирает в отклонённом положении, выплеснутая из стакана вода большой сферической каплей повисает в воздухе, и рядом с ней застывают, будто подвешенные на невидимых нитях, все остальные предметы независимо от их массы и формы.

То же самое происходит и в кабине космического корабля при движении его по орбите.
На большой высоте над Землёй почти нет воздуха, так что не надо его сопротивление компенсировать работой двигателей.
Да и полёт длится не минуту, а многие сутки.

Мы живём в то время, когда полёты космических кораблей вокруг Земли, на Луну и на другие планеты Солнечной системы уже не вызывают удивления. Мы знаем, что во время полёта лётчики-космонавты и все предметы на космических кораблях находятся в особом состоянии, называемом состоянием невесомости. Что же это за состояние и можно ли его наблюдать на Земле? Невесомость – сложное физическое явление. Для того, чтобы в нём разобраться, необходимо вспомнить кое-что из курса физики.

Итак, под весом тела мы понимаем силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле давит на опору.

А представьте себе, что опора и тело свободно падают. Ведь опора – это тоже тело, на которое действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес тела: с какой силой тело будет действовать на опору?

Проведём опыт. Возьмём небольшое тело и подвесим его к пружине, прикреплённой к неподвижной опоре. Под действием силы тяжести тело начинает двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до тех пор, пока в ней не возникает сила упругости, которая уравновешивает силу тяжести. Если отрезать нить, удерживающую пружину с телом, пружина с телом упадут. Можно заметить, что во время падения растяжение пружины исчезает, и она приобретает свой исходный размер.

Что же получается? Когда пружина с телом падает, она остаётся нерастянутой. То есть, падающее тело не действует на падающую вместе с ним пружину. В этом случае вес тела равен нулю, но тело и пружина падают, значит, сила тяжести по прежнему действует на них действует.

Точно также если тело и подставка или опора, на которой лежит тело, будут свободно падать, то тело перестанет давить на подставку или опору. При этом вес тела будет равен нулю.

Подобные явления наблюдаются и на космических кораблях и спутниках. Спутник, вращающийся вокруг Земли, космонавт и все тела, которые находятся внутри спутника, находятся в непрерывном свободном падении (они как бы падают на Землю). В результате этого тела, во время падения не давят на опору и не растягивают пружину. Про такие тела говорят, что они находятся в состоянии невесомости («нет веса», вес равен нулю).

Не закреплённые в космическом корабле тела свободно «парят». Жидкость, налитая в сосуд, не давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не вытекает через отверстие в сосуде. Маятники часов покоятся в любом положении, в котором их оставили. Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в вытянутом положении, не требуется никаких усилий. У него исчезает представление о том, где верх и где низ. Если сообщить какому-нибудь телу скорость относительно кабины спутника, то оно будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока не столкнётся с другими телами.

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.