Страница 89 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Почему тела падают на землю?

Тела падают на Землю из-за существования фундаментального взаимодействия, известного как гравитация или всемирное тяготение. Это явление описывается двумя основными теориями: классической механикой Ньютона и общей теорией относительности Эйнштейна.

С точки зрения классической физики (закон всемирного тяготения Ньютона):

Исаак Ньютон сформулировал закон, согласно которому все тела, обладающие массой, притягивают друг друга. Сила этого притяжения прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Математически это выражается формулой:
$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$
где:
$F$ – сила гравитационного притяжения,
$m_1$ и $m_2$ – массы двух тел,
$r$ – расстояние между центрами масс этих тел,
$G$ – гравитационная постоянная.

Земля является объектом с очень большой массой (примерно $5.97 \times 10^{24}$ кг), поэтому она создает сильное гравитационное поле. Любое тело, находящееся вблизи её поверхности, испытывает значительную силу притяжения, направленную к центру Земли. Эта сила называется силой тяжести. Именно под действием этой силы, когда у тела нет опоры или другой силы, компенсирующей притяжение, оно начинает двигаться с ускорением вниз, то есть падать. Ускорение, с которым падают тела вблизи поверхности Земли (без учета сопротивления воздуха), называется ускорением свободного падения ($g \approx 9.8$ м/с²).

С точки зрения современной физики (общая теория относительности Эйнштейна):

Альберт Эйнштейн предложил более глубокое объяснение. Согласно его теории, гравитация — это не сила в привычном понимании, а следствие искривления пространства-времени под воздействием массы и энергии. Массивные объекты, как Земля, "прогибают" четырехмерное пространство-время вокруг себя. Другие, менее массивные тела, движутся по инерции в этом искривленном пространстве по кратчайшим возможным путям (так называемым геодезическим линиям). Траектория такого движения вблизи массивного объекта воспринимается нами как падение.

Таким образом, оба подхода объясняют, почему тела падают на Землю, но с разных концептуальных позиций.

Ответ: Тела падают на Землю под действием силы гравитационного притяжения (силы тяжести), которая возникает из-за взаимного притяжения масс Земли и этих тел. Согласно современной физике, падение является движением по инерции в пространстве-времени, искривленном массой Земли.

2. Расскажите о силе тяжести как о физической величине.

Почему тела падают на землю?

Тела падают на Землю из-за существования всемирного тяготения. Согласно закону всемирного тяготения, сформулированному Исааком Ньютоном, все тела во Вселенной, обладающие массой, притягивают друг друга. Земля имеет очень большую массу, поэтому она создает вокруг себя сильное гравитационное поле. Любое тело, находящееся в этом поле (например, яблоко на дереве, подброшенный камень или человек), испытывает на себе силу притяжения со стороны Земли. Эта сила называется силой тяжести. Именно она заставляет тела, лишенные опоры или подвеса, двигаться с ускорением по направлению к центру Земли, что мы и наблюдаем как падение. Стоит отметить, что тело также притягивает Землю с равной по модулю силой, но из-за огромной массы Земли ее смещение в сторону тела пренебрежимо мало.

Ответ: Тела падают на Землю, потому что Земля притягивает их к себе силой всемирного тяготения, которую в данном случае называют силой тяжести.

2. Расскажите о силе тяжести как о физической величине.

Сила тяжести — это векторная физическая величина, которая характеризует гравитационное воздействие планеты (например, Земли) на находящиеся вблизи её поверхности тела. Как любая векторная величина, сила тяжести имеет модуль (численное значение), направление и точку приложения.
Её основные характеристики:
Направление: Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, к центру планеты.
Точка приложения: Сила тяжести приложена к центру масс тела.
Модуль (величина): Модуль силы тяжести $F_{тяж}$ вычисляется по формуле $F_{тяж} = m \cdot g$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения. Ускорение свободного падения на поверхности Земли приблизительно равно $9.8 \, \text{м/с}^2$ (или $9.8 \, \text{Н/кг}$). Его значение немного меняется в зависимости от географической широты и высоты над уровнем моря.
Единица измерения: В Международной системе единиц (СИ) сила тяжести, как и любая другая сила, измеряется в ньютонах (Н).
Таким образом, сила тяжести является частным случаем силы всемирного тяготения.

Ответ: Сила тяжести — это векторная физическая величина, равная произведению массы тела на ускорение свободного падения ($F_{тяж} = m \cdot g$), направленная к центру планеты и измеряемая в ньютонах.

3. Как сила тяготения зависит от масс взаимодействующих тел?

Зависимость силы тяготения от масс взаимодействующих тел описывается законом всемирного тяготения. Согласно этому закону, сила гравитационного притяжения $F$ между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс $m_1$ и $m_2$. Это означает, что чем больше масса одного или обоих тел, тем больше сила их взаимного притяжения.
Математически эта зависимость выражается формулой: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$, где $G$ — гравитационная постоянная, а $r$ — расстояние между центрами масс тел.
Из этой формулы видно, что если увеличить массу одного из тел, например, в 2 раза, то и сила тяготения увеличится в 2 раза. Если увеличить массу каждого из тел в 2 раза, то сила притяжения между ними возрастет в 4 раза ($2 \cdot 2 = 4$). Таким образом, существует прямая пропорциональная зависимость силы тяготения от произведения масс взаимодействующих тел ($F \propto m_1 m_2$).

Ответ: Сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. При увеличении массы любого из тел сила их взаимного притяжения увеличивается во столько же раз.

3. Как сила тяготения зависит от масс взаимодействующих тел?

Как сила тяготения зависит от масс взаимодействующих тел?

Сила тяготения (гравитационная сила) прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Это означает, что если увеличить массу одного из тел, например, в 2 раза, то и сила их взаимного притяжения увеличится в 2 раза. Если увеличить массу каждого из двух тел в 2 раза, то сила тяготения между ними возрастет в 4 раза ($2 \cdot 2 = 4$).

Эта зависимость является частью закона всемирного тяготения, который математически выражается следующей формулой: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$ Здесь $F$ – это сила тяготения, $m_1$ и $m_2$ – массы взаимодействующих тел, $r$ – расстояние между центрами масс этих тел, а $G$ – гравитационная постоянная.

Из формулы видно, что сила $F$ находится в прямой зависимости от произведения масс $m_1 m_2$. Следовательно, чем массивнее тела, тем с большей силой они притягиваются друг к другу при неизменном расстоянии между ними.

Ответ: Сила тяготения прямо пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. При увеличении массы одного или обоих тел сила их взаимного притяжения увеличивается.

4. Какие силы называют гравитационными?

Гравитационными силами называют силы взаимного притяжения, действующие между любыми двумя телами во Вселенной, обладающими массой. Гравитационное взаимодействие является одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе (наряду с электромагнитным, сильным и слабым).

Ключевые свойства гравитационных сил:

• Универсальность: они действуют на все без исключения тела и частицы, имеющие массу.
• Всепроникающая способность: от гравитации невозможно укрыться или поставить "экран".
• Дальнодействие: гравитационные силы действуют на любых, сколь угодно больших расстояниях, хотя и ослабевают с увеличением расстояния.
• Притяжение: в отличие от электромагнитных сил, гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Примерами проявления гравитационных сил являются сила тяжести (притяжение тел к Земле), приливы и отливы (вызванные притяжением Луны и Солнца), движение планет вокруг Солнца и звезд в галактиках.

Ответ: Гравитационными силами называют универсальные силы взаимного притяжения, которые действуют между всеми телами во Вселенной, обладающими массой.

4. Какие силы называют гравитационными?

Какие силы называют гравитационными?

Гравитационными силами называют силы взаимного притяжения, которые действуют между любыми телами (или частицами), обладающими массой. Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе, наряду с электромагнитным, сильным и слабым. Гравитация — это универсальное взаимодействие, то есть ему подвержены все без исключения материальные объекты.

В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения, открытым Исааком Ньютоном в 1687 году. Закон гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Математически этот закон выражается формулой: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$, где $F$ — модуль силы гравитационного притяжения, $m_1$ и $m_2$ — массы взаимодействующих тел, $r$ — расстояние между центрами масс тел, а $G$ — гравитационная постоянная, фундаментальная физическая константа, численно равная примерно $6.674 \times 10^{-11} \text{ Н} \cdot \text{м}^2/\text{кг}^2$.

Гравитационные силы обладают рядом характерных свойств. Они всегда являются силами притяжения. Это дальнодействующие силы, то есть их действие распространяется на сколь угодно большие расстояния, хотя их величина и убывает с расстоянием. Гравитация является самой слабой из всех фундаментальных сил, поэтому её проявление становится существенным только при взаимодействии объектов очень большой массы, например, планет, звёзд и галактик.

В современной физике гравитация описывается общей теорией относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. Согласно ОТО, гравитация не является силой в классическом понимании, а представляет собой следствие искривления пространства-времени, вызываемого присутствием массы и энергии. Тела движутся по инерции в этом искривленном пространстве-времени, и их траектории воспринимаются нами как движение под действием силы тяжести.

Примерами действия гравитационных сил в повседневной жизни и во Вселенной являются: сила тяжести, удерживающая нас на поверхности Земли; движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца; образование приливов и отливов; формирование и эволюция звёзд, галактик и их скоплений.

Ответ: Гравитационными силами называют универсальные силы взаимного притяжения, действующие между любыми телами, обладающими массой.