Номер 1, страница 93 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Почему тела внутри спутника, движущегося за пределами земной атмосферы, невесомы?

Решение

Состояние невесомости, которое испытывают тела внутри спутника, движущегося по орбите, возникает не из-за отсутствия гравитации, а из-за особенностей их движения. На высоте орбиты спутника сила земного притяжения лишь незначительно слабее, чем на поверхности планеты. Например, на высоте 400 км, где летает МКС, ускорение свободного падения составляет около 90% от значения на поверхности. Причина невесомости кроется в другом.

Следует различать понятия «сила тяжести» и «вес». Сила тяжести — это сила гравитационного притяжения, действующая на тело со стороны Земли ($F_{тяж} = mg$). Вес же ($P$) — это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес вследствие действия силы тяжести. Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю, хотя сила тяжести продолжает на него действовать.

Спутник, двигаясь по орбите, фактически находится в состоянии непрерывного свободного падения. Он постоянно «падает» на Землю под действием её гравитации, но из-за своей большой горизонтальной скорости он всё время «промахивается» мимо неё, двигаясь по замкнутой траектории. Вместе со спутником с точно таким же ускорением свободного падения падают и все находящиеся внутри него тела (космонавты, предметы).

Поскольку и сам спутник (опора), и тела внутри него движутся с одинаковым ускорением, они не оказывают друг на друга никакого давления. Космонавт не давит на пол корабля, и пол, соответственно, не действует на него с силой реакции опоры. Вес тела в системе, движущейся с ускорением $a$, можно выразить формулой $P = m(g - a)$. В случае свободного падения ускорение системы $a$ равно ускорению свободного падения $g$. Следовательно, вес тела становится равным нулю:

$P = m(g - g) = 0$

Таким образом, невесомость в спутнике — это следствие движения по орбите, которое является свободным падением.

Ответ: Тела внутри спутника невесомы, потому что и сам спутник, и все находящиеся в нем объекты находятся в состоянии постоянного свободного падения на Землю. Они движутся с одинаковым ускорением, из-за чего не давят друг на друга (на опору), и их вес становится равным нулю.