Номер 1, страница 114 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Гравитационные явления. Параграф 26. Движение искусственных спутников. Темы докладов - номер 1, страница 114.

Условие.

1. Как преодолеть гравитацию.

Решение.

Преодолеть гравитацию в буквальном смысле — то есть «выключить» её — невозможно, поскольку гравитация является фундаментальным взаимодействием, свойством самой материи и пространства-времени. Однако можно противодействовать силе гравитационного притяжения или компенсировать её. Существует несколько физических принципов, позволяющих это сделать.

1. Применение противодействующей силы

Самый прямой способ преодолеть гравитацию — это приложить к телу силу, направленную в противоположную сторону от центра притягивающего объекта (например, вверх от поверхности Земли) и превосходящую по величине силу тяжести. Согласно второму закону Ньютона, если равнодействующая сил не равна нулю, тело движется с ускорением. Сила тяжести, действующая на тело массой $\text{m}$ у поверхности Земли, равна $F_g = mg$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения. Чтобы поднять тело, нужно приложить силу $F_{подъема} > mg$.

Примеры:

• Реактивное движение: Ракетный двигатель с огромной скоростью выбрасывает продукты сгорания топлива, создавая реактивную тягу, которая толкает ракету вверх.
• Аэродинамическая подъемная сила: Крыло самолета имеет специальный профиль, благодаря которому давление воздуха под крылом становится больше, чем над ним. Разница давлений создает подъемную силу, противодействующую силе тяжести.
• Сила Архимеда (плавучесть): Воздушный шар, наполненный газом (горячим воздухом или гелием), плотность которого меньше плотности окружающего воздуха, будет подниматься вверх за счет выталкивающей силы.

Ответ: Для преодоления гравитации необходимо создать направленную вверх силу (например, тягу двигателя, аэродинамическую или выталкивающую силу), которая по модулю будет больше силы тяжести, действующей на тело.

2. Достижение орбитальной скорости

Этот способ не устраняет гравитацию, а использует её для удержания объекта на орбите. Тело, запущенное с достаточно большой горизонтальной скоростью, начинает падать на Землю, но из-за кривизны планеты оно постоянно «промахивается» мимо поверхности. Фактически, спутник на орбите находится в состоянии непрерывного свободного падения. Гравитационная сила в этом случае выступает в роли центростремительной силы, заставляя тело двигаться по круговой или эллиптической траектории.

Скорость, необходимая для выхода на круговую орбиту вблизи поверхности планеты, называется первой космической скоростью ($v_1$). Она рассчитывается по формуле:

$v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}}$

где $\text{G}$ — гравитационная постоянная, $\text{M}$ — масса планеты, $\text{R}$ — радиус орбиты. Для Земли первая космическая скорость составляет примерно 7.9 км/с.

Ответ: Можно преодолеть притяжение планеты, разогнав тело до первой космической скорости. В этом случае тело выйдет на орбиту и будет двигаться вокруг планеты под действием её гравитации, не падая на поверхность.

3. Достижение скорости убегания

Чтобы полностью покинуть гравитационное поле небесного тела и улететь в межпланетное пространство, объекту необходимо сообщить так называемую скорость убегания, или вторую космическую скорость ($v_2$). Это минимальная скорость, при которой кинетическая энергия тела равна или превышает его гравитационную потенциальную энергию, что позволяет ему удаляться от планеты до бесконечности.

Вторая космическая скорость связана с первой следующим соотношением:

$v_2 = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = v_1\sqrt{2}$

Для Земли вторая космическая скорость составляет примерно 11.2 км/с. Тело, достигшее этой скорости, будет двигаться по параболической траектории относительно планеты и никогда не вернется обратно под действием только её гравитации.

Ответ: Чтобы навсегда покинуть гравитационное поле небесного тела, необходимо разогнать объект до второй космической скорости (скорости убегания).