Ответьте на вопросы, страница 109 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему космонавт на космической станции становится невесомым?

2. Почему в состоянии невесомости вес космонавта равен нулю, а сила тяжести нет?

3. Почему тренажеры по подготовке летчиков и космонавтов к перегрузке представляют собой центрифугу (рис. 112)?

Рис. 112. К вопросу 3

1. Почему космонавт на космической станции становится невесомым?

Космонавт на космической станции становится невесомым, потому что и он, и сама станция находятся в состоянии непрерывного свободного падения на Землю. Космическая станция движется с огромной первой космической скоростью по орбите, и сила притяжения Земли постоянно изменяет направление её скорости, заставляя её вращаться вокруг планеты, а не улетать в космос. Поскольку и станция, и космонавт внутри неё падают с одинаковым ускорением свободного падения, космонавт не давит на пол станции и не испытывает силу реакции опоры. Именно отсутствие этой силы (силы, с которой опора действует на тело) и создает ощущение и состояние невесомости. Сила тяжести при этом продолжает действовать, именно она и удерживает станцию и космонавта на орбите.

Ответ: Космонавт и космическая станция находятся в состоянии постоянного свободного падения на Землю, двигаясь с одинаковым ускорением. Из-за этого космонавт не давит на опору и не растягивает подвес, что и называется невесомостью.

2. Почему в состоянии невесомости вес космонавта равен нулю, а сила тяжести нет?

Необходимо различать понятия "сила тяжести" и "вес". Сила тяжести ($F_{тяж}$) — это сила, с которой Земля притягивает к себе тело. На высоте орбиты космической станции (около 400 км) эта сила лишь незначительно меньше, чем на поверхности Земли (примерно на 10%), и она не равна нулю. Именно эта сила удерживает станцию на орбите. Вес ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес. В состоянии невесомости, то есть в свободном падении, тело движется только под действием силы тяжести, и оно не имеет опоры или подвеса, на которые могло бы оказывать давление. Космонавт и станция падают вместе, поэтому космонавт не давит на пол или стены. Следовательно, его вес равен нулю. Вес можно выразить формулой $P = m(g - a)$, где $a$ — ускорение, с которым движется опора. В свободном падении ускорение опоры (станции) равно ускорению свободного падения $g$, поэтому вес $P = m(g-g)=0$.

Ответ: Сила тяжести — это сила гравитационного притяжения к Земле, и она действует на космонавта в космосе, удерживая его на орбите. Вес — это сила воздействия на опору. В состоянии невесомости (свободного падения) космонавт не воздействует на опору, поэтому его вес равен нулю, а сила тяжести, вызывающая это падение, не равна нулю.

3. Почему тренажеры по подготовке летчиков и космонавтов к перегрузке представляют собой центрифугу (рис. 112)?

При взлете космического корабля или при выполнении сложных маневров на истребителе летчики и космонавты испытывают значительные перегрузки. Перегрузка — это состояние, при котором вес тела значительно превышает его обычный вес в состоянии покоя. Это происходит из-за большого ускорения. Чтобы подготовить организм к таким условиям, используются специальные тренажеры-центрифуги. Центрифуга представляет собой вращающуюся конструкцию, в кабине которой находится испытуемый. При вращении на тело действует центростремительное ускорение $a_ц = \frac{v^2}{R}$ (где $v$ — линейная скорость, $R$ — радиус вращения), направленное к центру вращения. Из-за этого ускорения кресло давит на человека с силой, которая создает ощущение увеличения веса. Варьируя скорость вращения центрифуги, можно создавать и контролировать перегрузки различной величины, тем самым тренируя сердечно-сосудистую и другие системы организма человека к реальным условиям полета.

Ответ: Центрифуга за счет быстрого вращения создает большое центростремительное ускорение, которое имитирует перегрузки, испытываемые пилотами и космонавтами во время полета. Это позволяет на Земле тренировать организм выдерживать экстремальные условия космоса и скоростных полетов.