задача 13.1
Краткий ответ:
а) На корабль сила тяжести действует.
б) На космонавта сила тяжести также действует.
Почему возникает невесомость:
И корабль, и космонавт притягиваются Землёй: \[ F_{\text{тяж}}=\frac{GMm}{r^2}. \]
Они одновременно движутся по орбите и свободно падают на Землю. Сила тяжести сообщает им центростремительное ускорение: \[ a=\frac{GM}{r^2}. \]
Космонавт не давит на пол корабля, поэтому сила реакции опоры равна нулю. Именно это называют невесомостью.
Проверка: невесомость означает отсутствие веса, а не отсутствие силы тяжести.
Обсуждение
2 сообщенияМожешь расписать
Конечно.
Решение
1. Действует ли сила тяжести на космический корабль?
Да. Земля притягивает космический корабль, поэтому на него действует сила тяжести:
\[ F_{\text{тяж}}=mg, \]
где \(m\) — масса корабля, \(g\) — ускорение свободного падения на его высоте.
Сила тяжести направлена к центру Земли.
2. Действует ли сила тяжести на космонавта?
Да. Земля притягивает и космонавта:
\[ F_{\text{тяж}}=m_{\text{к}}g. \]
На орбите сила тяжести не исчезает. Она сообщает космонавту и кораблю ускорение, направленное к Земле.
3. Почему возникает невесомость?
Корабль и космонавт движутся вокруг Земли с большой скоростью и одновременно свободно падают к ней под действием силы тяжести.
Однако из-за большой горизонтальной скорости корабль не падает прямо на Землю, а всё время как бы «промахивается» мимо неё и движется по орбите.
Космонавт и корабль падают с одинаковым ускорением, поэтому космонавт не давит на пол корабля. Сила реакции опоры становится равной нулю:
\[ N=0. \]
А вес тела — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Поэтому вес космонавта равен нулю:
\[ P=0. \]
Это состояние называется невесомостью.
Ответ
Сила тяжести действует и на космический корабль, и на космонавта. Невесомость возникает потому, что они вместе свободно падают по орбите и не давят друг на друга. Невесомость — это отсутствие веса, а не отсутствие силы тяжести.
