Номер 8, страница 97 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

8. При каком условии тело находится в невесомости?

Решение:

Невесомость — это состояние, при котором тело не оказывает давления на опору или подвес, то есть его вес равен нулю. Важно не путать невесомость с отсутствием гравитации. Гравитация (сила тяжести) продолжает действовать на тело, но её действие не приводит к появлению веса, когда тело находится в определённых условиях движения.

Вес тела ($\text{P}$) — это сила, с которой тело действует на свою опору или подвес. По третьему закону Ньютона, вес тела по модулю равен силе реакции опоры ($\text{N}$). Состояние невесомости наступает тогда, когда вес тела становится равным нулю ($P=0$), что эквивалентно отсутствию силы реакции опоры ($N=0$).

Рассмотрим движение тела массой $\text{m}$ под действием силы тяжести $\vec{F_т} = m\vec{g}$ и силы реакции опоры $\vec{N}$. Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая этих сил сообщает телу ускорение $\vec{a}$:

$m\vec{a} = \vec{F_т} + \vec{N}$

Выразим отсюда силу реакции опоры:

$\vec{N} = m\vec{a} - \vec{F_т} = m(\vec{a} - \vec{g})$

Для наступления невесомости необходимо, чтобы сила реакции опоры была равна нулю: $\vec{N} = 0$.

$m(\vec{a} - \vec{g}) = 0$

Поскольку масса тела $\text{m}$ отлична от нуля, это равенство выполняется только при условии, что:

$\vec{a} - \vec{g} = 0$

$\vec{a} = \vec{g}$

Это означает, что ускорение тела должно быть равно ускорению свободного падения как по величине, так и по направлению. Движение тела только под действием силы тяжести называется свободным падением.

Таким образом, тело находится в состоянии невесомости, если оно движется исключительно под воздействием силы гравитации.

Примерами такого состояния являются:

1. Движение искусственного спутника или космической станции по орбите вокруг Земли. Станция и все объекты внутри неё непрерывно "падают" на Землю с ускорением $\vec{g}$, но из-за большой горизонтальной скорости они постоянно "промахиваются" мимо планеты, оставаясь на орбите.

2. Движение любого тела в свободном падении, например, камня, брошенного вверх или вниз (если пренебречь сопротивлением воздуха).

3. Кратковременная невесомость в самолёте, который летит по параболической траектории ("горка невесомости").

Ответ: Тело находится в состоянии невесомости, если оно движется только под действием силы тяжести. Условием невесомости является равенство ускорения тела ускорению свободного падения: $\vec{a} = \vec{g}$.