Темы докладов, страница 89 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Движение и взаимодействие тел. Параграф 24. Динамометр. Вес тела. Вопросы - страница 89.

Условие.

Решение.

Невесомость — это состояние, в котором отсутствует вес тела. Важно понимать, что вес $\text{P}$ — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес из-за гравитационного притяжения ($P = mg$, где $\text{m}$ — масса, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения). Невесомость не означает отсутствие гравитации, а скорее отсутствие силы реакции опоры. Это состояние достигается, когда тело находится в свободном падении, то есть движется только под действием силы тяжести. Существует несколько способов добиться состояния невесомости.

Орбитальный полет

Это самый известный способ достижения длительной невесомости. Космический корабль, находящийся на орбите Земли (например, Международная космическая станция), постоянно «падает» на Землю. Однако из-за своей огромной горизонтальной (тангенциальной) скорости он все время «промахивается» мимо планеты, поверхность которой из-за кривизны уходит из-под него. Корабль, космонавты и все предметы внутри него падают с одинаковым ускорением, равным ускорению свободного падения на данной высоте. Поскольку все объекты падают вместе, они не давят друг на друга или на стенки корабля. В результате возникает ощущение полной невесомости. Сила гравитации на высоте орбиты МКС составляет около 90% от силы на поверхности Земли, и именно она удерживает станцию на орбите, создавая необходимое центростремительное ускорение $a_ц = \frac{v^2}{R}$, где $\text{v}$ — орбитальная скорость, а $\text{R}$ — радиус орбиты.

Ответ: Достичь длительной невесомости можно, выйдя на орбиту вокруг планеты, где космический корабль и все его содержимое находятся в состоянии постоянного свободного падения.

Параболический полет на самолете

Кратковременную невесомость можно создать на специально оборудованном самолете-лаборатории (иногда называемом «рвотная комета»). Самолет взлетает на большую высоту, а затем выполняет маневр, двигаясь по параболической траектории. Во время движения по верхней части параболы, когда тяга двигателей уменьшается до уровня, компенсирующего лишь сопротивление воздуха, самолет и все, что находится внутри, оказываются в состоянии свободного падения. Этот период длится около 20–30 секунд. Такие полеты используются для тренировки космонавтов и проведения научных экспериментов, требующих условий микрогравитации.

Ответ: Кратковременное состояние невесомости (20–30 секунд) можно испытать в самолете, летящем по параболической траектории.

Свободное падение в специальных установках

Невесомость можно испытать и на Земле, хотя и на очень короткое время. Любой объект, находящийся в свободном падении, является невесомым. Например, прыгун в воду в момент полета до касания воды. Для научных целей существуют специальные «башни невесомости» (drop towers). В них контейнер с экспериментальным оборудованием сбрасывается с большой высоты внутри вакуумной трубы, чтобы исключить сопротивление воздуха. Это позволяет добиться очень «чистой» невесомости на несколько секунд (обычно от 5 до 10 секунд).

Ответ: Можно создать условия невесомости на несколько секунд, обеспечив свободное падение объекта в вакуумной башне на Земле.

Удаление от массивных тел

Теоретически, истинной невесомости (то есть состояния, где гравитационная сила практически равна нулю) можно достичь, удалившись на очень большое расстояние от всех массивных объектов: планет, звезд, галактик. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила гравитации $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$ обратно пропорциональна квадрату расстояния $\text{r}$ между телами. В межгалактическом пространстве, вдали от скоплений материи, гравитационное воздействие будет пренебрежимо малым. Однако на практике достичь такого места современными средствами невозможно.

Ответ: Теоретически, почти полной невесомости можно достичь, переместившись в точку пространства, максимально удаленную от всех источников гравитации, например, в межгалактическое пространство.