Ответьте на вопросы, страница 112 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему свободно падающие тела находятся в невесомости?

2. Можно ли утверждать, что искусственные спутники Земли свободно падают?

1. Почему свободно падающие тела находятся в невесомости?

Состояние невесомости — это состояние, в котором вес тела равен нулю. Вес тела, по определению, это сила, с которой тело вследствие своего притяжения к Земле (или другому астрономическому объекту) действует на опору или подвес. Важно не путать вес с силой тяжести, которая является силой, с которой Земля притягивает тело.

Когда тело свободно падает, на него действует только сила тяжести, которая сообщает ему ускорение свободного падения $g$. Если поместить это тело, например, на весы в падающем лифте (у которого оборвался трос), то и лифт, и весы, и тело будут падать с одинаковым ускорением $g$. Поскольку тело и его опора (весы) движутся с одинаковым ускорением, тело не оказывает давления на опору. Следовательно, сила реакции опоры равна нулю, а значит, и вес тела равен нулю.

Математически вес тела, движущегося с ускорением $a$, направленным вертикально вниз, выражается формулой $P = m(g - a)$, где $m$ — масса тела. В случае свободного падения ускорение тела $a$ равно ускорению свободного падения $g$. Подставив это значение в формулу, получаем: $P = m(g - g) = 0$.

Таким образом, свободно падающие тела находятся в невесомости, потому что они движутся только под действием силы тяжести, и у них отсутствует взаимодействие с опорой или подвесом, которое и создает вес.

Ответ: Свободно падающие тела находятся в невесомости, так как и само тело, и его опора (если она есть) движутся с одинаковым ускорением свободного падения. В результате тело не давит на опору, и его вес становится равным нулю.

2. Можно ли утверждать, что искусственные спутники Земли свободно падают?

Да, можно и нужно утверждать, что искусственные спутники Земли (ИСЗ) находятся в состоянии непрерывного свободного падения. Движение по орбите — это частный случай свободного падения.

Единственной значимой силой, действующей на спутник на орбите, является сила гравитационного притяжения Земли. Именно эта сила и заставляет его постоянно изменять направление своего движения, чтобы оставаться на околоземной орбите. Движение тела только под действием силы тяжести и есть свободное падение по определению.

Отличие от падения камня, брошенного на Земле, заключается в том, что у спутника есть огромная начальная горизонтальная (тангенциальная) скорость. Благодаря этой скорости, падая к Земле, спутник одновременно смещается в горизонтальном направлении. В результате его траектория искривляется таким образом, что он постоянно "промахивается" мимо Земли. Поверхность планеты как бы "убегает" из-под падающего спутника из-за своей кривизны.

Этот принцип хорошо иллюстрируется мысленным экспериментом "пушка Ньютона". Если с очень высокой горы выстрелить из пушки, то при малой скорости ядро упадет на Землю. Увеличивая скорость, мы будем увеличивать дальность полета. При достижении первой космической скорости ядро выйдет на круговую орбиту: оно будет непрерывно падать на Землю, но никогда не упадет, так как его траектория падения будет совпадать с кривизной земной поверхности. Именно поэтому космонавты на борту МКС испытывают невесомость — и они, и сама станция находятся в состоянии постоянного совместного свободного падения вокруг Земли.

Ответ: Да, можно. Движение спутника по орбите является непрерывным свободным падением на Землю под действием силы тяжести, но из-за большой горизонтальной скорости он постоянно "промахивается" мимо планеты, оставаясь на орбите.