Номер 2, страница 157, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 42. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 157.

Условие.

• Сила тяжести на космических объектах.

Решение.

Сила тяжести на космических объектах.

Сила тяжести, или гравитация, является одной из четырех фундаментальных сил природы. Она проявляется как взаимное притяжение между любыми объектами, обладающими массой. На космических объектах, таких как планеты, звезды, спутники и астероиды, сила тяжести играет ключевую роль, определяя их форму (часто сферическую), движение по орбитам и физические условия на их поверхности.

Величина силы тяжести описывается законом всемирного тяготения, сформулированным Исааком Ньютоном. Согласно этому закону, сила гравитационного притяжения $\text{F}$ между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс ($m_1$ и $m_2$) и обратно пропорциональна квадрату расстояния $\text{r}$ между их центрами масс.
Формула закона всемирного тяготения выглядит так:
$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$
где:
• $\text{G}$ — гравитационная постоянная, константа, равная приблизительно $6.674 \times 10^{-11} \, \text{Н} \cdot \text{м}^2/\text{кг}^2$.
• $m_1$ и $m_2$ — массы взаимодействующих объектов в килограммах.
• $\text{r}$ — расстояние между центрами объектов в метрах.

Для тела массой $\text{m}$, находящегося на поверхности или вблизи крупного космического объекта (например, планеты) массой $\text{M}$ и радиусом $\text{R}$, сила тяжести, действующая на это тело, равна его весу $\text{P}$. Вес можно вычислить по формуле $P = mg$, где $\text{g}$ — это ускорение свободного падения на данном космическом объекте.

Значение $\text{g}$ уникально для каждого небесного тела и зависит от его массы и радиуса. Его можно вывести, приравняв две формулы для силы тяжести:
$mg = G \frac{M m}{R^2}$
Сократив массу малого тела $\text{m}$, получаем формулу для ускорения свободного падения на поверхности:
$g = G \frac{M}{R^2}$
Эта формула показывает, что чем больше масса космического объекта ($\text{M}$) и чем меньше его радиус ($\text{R}$), тем сильнее будет сила тяжести на его поверхности.

Сравнение силы тяжести на разных космических объектах:
• Земля: Ускорение свободного падения у поверхности составляет примерно $g_{Земля} \approx 9.8 \, \text{м/с}^2$. Это эталонное значение для сравнения.
• Луна: Масса Луны составляет всего около 1.2% от массы Земли. Из-за этого гравитация на ее поверхности значительно слабее — $g_{Луна} \approx 1.62 \, \text{м/с}^2$, что примерно в 6 раз меньше, чем на Земле.
• Марс: "Красная планета" меньше и легче Земли, поэтому сила тяжести там составляет около 38% от земной: $g_{Марс} \approx 3.71 \, \text{м/с}^2$.
• Юпитер: Это самая массивная планета Солнечной системы. Сила тяжести на уровне его верхних облаков более чем в 2.5 раза превышает земную: $g_{Юпитер} \approx 24.8 \, \text{м/с}^2$.
• Солнце: Как и у любой звезды, гравитация Солнца огромна. На его видимой поверхности (фотосфере) сила тяжести примерно в 28 раз сильнее земной: $g_{Солнце} \approx 274 \, \text{м/с}^2$.
• Нейтронные звезды и черные дыры: Это объекты с экстремальной гравитацией. Гравитация на поверхности нейтронной звезды может быть в $10^{11}$ раз сильнее земной. У черных дыр гравитационное притяжение настолько велико, что его не может преодолеть даже свет.

Следует различать понятия массы и веса. Масса — это внутренняя характеристика тела, мера его инертности, которая не меняется при перемещении в пространстве. Вес — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес вследствие гравитационного притяжения ($P=mg$). Таким образом, масса космонавта будет одинаковой и на Земле, и на Луне, а вот его вес на Луне будет в 6 раз меньше.

Ответ: Сила тяжести на космических объектах — это сила гравитационного притяжения, определяемая их массой и размерами в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона. Она различна для каждого небесного тела: на массивных объектах, таких как звезды и планеты-гиганты, она велика, а на небольших спутниках и астероидах — мала. Эта сила определяет вес тел на поверхности объекта, но не их массу, которая остается постоянной.