Номер 7, 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 7, страница 157.

Условие.

• Как добиться невесомости.

Решение.

Решение

Невесомость — это состояние, в котором отсутствует вес тела. Важно понимать, что вес и масса — это разные физические величины. Масса ($\text{m}$) — это мера инертности тела, а вес ($\text{P}$) — это сила, с которой тело вследствие гравитационного притяжения действует на опору или подвес. Вес тела, которое движется с ускорением $\text{a}$, направленным вертикально, можно выразить формулой:

$P = m(g - a)$

где $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

Невесомость наступает, когда вес $P=0$. Из формулы видно, что это возможно в двух основных случаях:

1. Когда тело и его опора движутся вниз с ускорением, равным ускорению свободного падения ($a=g$). В этом случае тело перестает давить на опору.

2. Когда гравитационное воздействие отсутствует ($g=0$).

Рассмотрим основные способы добиться состояния невесомости на практике.

Способ 1: Свободное падение

Это наиболее доступный способ ощутить кратковременную невесомость. Когда тело находится в свободном падении, на него действует только сила тяжести, и оно движется с ускорением $\text{g}$. Если поместить это тело внутрь другого объекта (например, кабины самолета), который также свободно падает, то тело перестанет давить на опору. Их относительное ускорение равно нулю, и внутри системы возникает невесомость.
Примеры:
• Специальные самолеты для тренировки космонавтов, совершающие полет по параболической траектории. Во время нисходящей части траектории самолет и все, что находится внутри, пребывают в состоянии свободного падения в течение 20-30 секунд.
• Аттракционы типа «башня свободного падения».
• Любой подброшенный или уроненный предмет в момент своего полета (если пренебречь сопротивлением воздуха).

Ответ: Невесомость достигается при свободном падении, когда тело движется только под действием силы тяжести с ускорением $\text{g}$.

Способ 2: Орбитальный полет

Это состояние постоянной невесомости, в котором находятся космонавты на Международной космической станции (МКС). Орбитальный полет — это, по сути, непрерывное свободное падение. Космический корабль движется с огромной горизонтальной скоростью (около 7.9 км/с для низкой околоземной орбиты). Под действием гравитации Земли он постоянно «падает» на нее, но из-за высокой скорости все время «промахивается», двигаясь по криволинейной траектории вокруг планеты. Так как и корабль, и космонавты, и все предметы внутри него падают с одинаковым ускорением, они находятся в состоянии невесомости друг относительно друга. Важно отметить, что сила гравитации на высоте орбиты МКС (около 400 км) составляет примерно 90% от силы на поверхности Земли, то есть гравитация там практически не ослабевает.

Ответ: Невесомость на орбите является результатом непрерывного свободного падения космического аппарата и всего, что в нем находится, вокруг планеты.

Способ 3: Удаление от источников гравитации

Теоретически, состояние, близкое к невесомости, можно достичь, если удалиться в космос на очень большое расстояние от всех массивных объектов: планет, звезд, галактик. В таком месте, например, в межгалактическом пространстве, ускорение свободного падения $\text{g}$ будет стремиться к нулю. Следовательно, и вес тела $P = mg$ также будет стремиться к нулю. Однако, поскольку гравитация имеет бесконечный радиус действия, найти точку во Вселенной с абсолютно нулевой гравитацией невозможно. Можно говорить лишь о пренебрежимо малом гравитационном воздействии.

Ответ: Невесомость можно достичь в глубоком космосе, на значительном удалении от любых массивных объектов, где гравитационные силы практически отсутствуют ($g \approx 0$).