Состояние невесомости

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие притяжения Землёй давит на неподвижную (относительно Земли) горизонтальную подставку или натягивает нить подвеса. Вес тела равен силе тяжести.

Поскольку опора или подвес в свою очередь действуют на тело, то характерный признак весомости - наличие в теле деформаций, вызванных его взаимодействием с опорой или подвесом.

При свободном падении тел деформации в них отсутствуют, тела в этом случае находятся в состоянии невесомости. На рисунке изображена установка, с помощью которой можно это обнаружить. Установка состоит из пружинных весов, к которым подвешен груз. Вся установка может двигаться по направляющим вниз и вверх.

Если весы с грузом свободно падают, то указатель весов стоит на нуле, значит, пружина весов при этом не деформирована.

Разберём это явление, пользуясь законами движения. Допустим, что груз, подвешенный на пружине, движется вниз с ускорением а. На основании второго закона Ньютона мы можем сказать, что на него действует сила, которая равна разности сил Р и F, где Р - сила тяжести, a F - сила упругости пружины, приложенные к грузу. Итак,

Подробнее...

Солнечные затмения

Иногда Солнце, Луна и Земля располагаются на одной прямой линии – тогда происходят солнечные или лунные затмения. Солнечные затмения бывают в периоды благоприятных новолуний, а затмения Луны – во время тех полнолуний, когда наш спутник находится вблизи эклиптики. Во время солнечных затмений создаются благоприятные условия для изучения верхних слоев атмосферы Солнца, что дает ключ к разгадке его внутренних процессов.

Сегодня астрономы уже могут с чрезвычайно большой точностью предсказывать для любого места все обстоятельства затмения: когда оно начнется и кончится, будет полным или частным, какова будет наибольшая фаза, то есть какая часть солнечного диска закроется во время середины затмения, и др. Это демонстрирует могущество научного знания и вместе с тем ошибочность религиозного миропредставления, объяснявшего затмения действием божественных сил.

Астрономы рассчитали все затмения – и те, что уже были, и те, что будут на три с половиной тысячелетия (до 2162 г. нашей эры).

На протяжении коротких минут полного затмения можно видеть и исследовать во всех деталях особенности долгое время бывшей загадочной солнечной короны, выяснить физические условия в хромосфере, изучать другие явления и таким образом еще ближе подойти к решению основных проблем Солнца. Выяснение условий и особенностей процессов, происходящих на Солнце, имеет особое значение. С активностью Солнца связаны многие явления – магнитные бури, полярные сияния, нарушения радиосвязи, изменения погоды на Земле и т. п. Об этом мы еще расскажем ниже. Хотя современная мощная астрономическая техника позволяет изучать корону и хромосферу и вне затмений, но с гораздо меньшей полнотой и детальностью, чем это представляется во время затмения. Именно данные, полученные в результате наблюдений во время солнечных затмений на протяжении последних десятилетий, и позволили ученым глубоко проникнуть в существо солнечных явлений, подойти к полному выяснению фундаментальных вопросов природы Солнца.

Подробнее...

Перегрузки

Если к пружинным весам подвесить груз и перемещать их ускоренно вверх, то деформации в пружине возрастут и весы поэтому будут показывать вес, больший того веса, который они отмечали в состоянии покоя.

Представим теперь себе, что космический корабль с космонавтом на борту во время подъёма вертикально вверх движется с ускорением: а = ng, где n > 1.

На космонавта действуют сила тяжести Р = mg и сила тяги ракеты F, направленные в противоположные стороны вдоль одной вертикали.

Равнодействующая этих сил будет сообщать космонавту ускорение а, направленное вверх:

F - Р = ma или F - mg = ma

откуда

F = m (а + g)

Но а = ng, следовательно,

F = (n + 1) mg

Сила F вызовет деформации в теле космонавта и во всех частях корабля, которые в n + 1 раз превышают деформации, возникающие в этих телах на Земле при неподвижной ракете.

Подробнее...

Поле тяготения

Силы тяготения, как мы знаем, действуют на расстоянии. Но действуют ли при этом тела друг на друга непосредственно или между ними существует материальная среда, через которую и передаются гравитационные действия? На этот вопрос закон тяготения ответа не даёт.

Ньютон, открывший закон тяготения, не считал возможным непосредственное действие тел на расстоянии.

Рассмотрим два примера действия друг на друга тел, находящихся на расстоянии, через материальную среду, чтобы отметить существенный признак такого действия.

Мы можем, например, открыть дверь, не касаясь ее непосредственно рукой, а потянув за конец верёвки, привязанной к ручке. В этом случае среда, через которую передаётся наше действие, - вещество, при этом в верёвке происходит процесс деформации, и для этого требуется время. Значит, действие передаётся через верёвку на дверь не мгновенно, а с конечной скоростью.

Другой пример. При запуске искусственных спутников ракетой-носителем управляют с Земли радиосигналы. И здесь связь осуществляется через материальную среду, но иного вида, чем вещество. Этот вид материи называют электромагнитным полем. Передача радиосигнала электромагнитным полем тоже происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Скорость распространения радиосигнала равна наибольшей возможной скорости - скорости света, которая в вакууме равна приблизительно 300 000 км/сек, или 3 · 1010 см/сек.

Подробнее...

Искусственные спутники Земли

Запуск искусственных спутников Земли (сокращённо ИСЗ) и других космических аппаратов имеет огромное научное значение, так как позволяет изучать на больших высотах состав атмосферы, распространение электромагнитных волн, космические лучи и другие тайны космоса.

Для того чтобы ИСЗ двигался по круговой орбите вокруг Земли, ему необходимо сообщить в горизонтальном направлении скорость определённой величины. Какова величина этой скорости?

Сила, заставляющая ИСЗ обращаться вокруг Земли, - это сила тяжести Р = mg, действующая на спутник со стороны Земли. Эта сила обусловливает центростремительное ускорение, с которым спутник движется вблизи поверхности Земли по круговой орбите.

Таким образом, сила тяжести выполняет роль центростремительной силы:

mg = ? · mM/R2 = mv12 : R

откуда v1 = ?gr, или v1 = ?? · m/R, где М – масса Земли; R – её радиус (R = 6371 · 103 м).

v1 ? 7910 м/сек ? 7,9 км/сек

Эту скорость принято называть первой космической скоростью.

Подробнее...

Поверхность Солнца

Расскажем теперь о том, что нам известно о поверхности Солнца. Еще в середине XVIII ст. великий русский ученый М. В. Ломоносов сумел проникнуть в сущность процессов, происходящих на Солнце. В одном из своих стихотворений он так описывает картину перемещения колоссальных масс раскаленной материи на поверхности Солнца:

Там огненны валы стремятся

И не находят берегов,

Там вихри пламенны крутятся,

Борющись множество веков;

Там камни, как вода, кипят,

Горящи там дожди шумят.

В своем понимании солнечных явлений Ломоносов значительно опередил многих крупнейших иностранных астрономов того времени. Некоторые из этих ученых считали Солнце темным холодным шаром, лишь окруженным горячей светящейся атмосферой.

Изучение солнечной поверхности началось с того времени, когда Галилей, Фабрициус и Шейнер независимо друг от друга открыли на ней темные пятна. В дальнейшем было выяснено, что структура пятна такова: центральная, более темная область – ядро – окружена светлой полутенью, в большинстве случаев неправильной формы.

Оказалось, что пятна – весьма непостоянные образования, исчезающие часто уже через сутки-двое после возникновения; но некоторые из них существуют, непрерывно видоизменяясь, в течение нескольких месяцев. В результате вращения Солнца пятна кажутся перемещающимися по его диску. Тщательными наблюдениями в XIX ст. было установлено, что пятна появляются только в близэкваториальной области Солнца: выше – п/4 рад (45°) гелиографической широты (соответствует географической широте на Земле) они не наблюдаются. При этом пятна избегают также узкой зоны вблизи самого экватора, образуясь главным образом в северном и южном близэкваториальных поясах.

Подробнее...

Изменение силы тяжести

Изменение силы тяжести с широтой места и высотой над поверхностью Земли

Причина тяжести тел (их весомости) – действие на них сил тяготения Земли.

Если бы Земля была шаром и не вращалась вокруг своей оси, то сила тяжести на Земле была бы равна силе тяготения: F = ? · mM/R2

Но Земля несколько сплюснута у полюсов: полярный радиус её меньше экваториального примерно на 21 км. Главная же причина изменения силы тяжести – вращение Земли вокруг своей оси.

При вращении Земли линейные скорости точек, лежащих на разных широтах, различны: на полюсах линейная скорость равна нулю» а на экваторе она наибольшая. Поэтому силы, обеспечивающие круговое движение точек Земли, на разных широтах различны. Центростремительной силой в данном случае служит составляющая силы тяготении.

Подробнее...

НАУЧНЫЕ РАЗДЕЛЫ