История открытия и понятие силы тяжести

С давних времен явления и закономерности в природе вызывали интерес у талантливых людей, занимающихся изучением наук естествознания. Исследование причин возникновения сил и их взаимодействия рассматривали и изучали многие ученые : Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилео Галилей, Исаак Ньютон, Шарль Кулон, Джеймс Джоуль и другие .[1]

Исаак Ньютон, британский физик, проявлял большой интерес к взаимодействию тел, он является одним из основных создателей классической физики. Исследования ученого помогли объяснить ряд явлений, причину возникновения которых никто ранее не мог раскрыть. Ньютон упорядочил все познания о движении и силе. Результатом его работы является открытие известных законов механики и закона всемирного тяготения.

По легенде, наблюдая за падающим с дерева яблоком, ученый пришел к мысли об открытии закона тяготения. Его всегда интересовало явление падения яблока именно вниз, а не в другое направление. Решение данной задачи пришло намного позже. Исаак установил, что все предметы при движении подчиняются общему закону всемирного тяготения, который действует между всеми телами. Им была выведена формула, позволяющая рассчитать силу гравитации между двумя телами.

Ученым было установлено, что сила притяжения между телами зависит от массы этих тел и расстояния между ними: чем большей массой обладают тела, тем больше сила притяжения. Если увеличивается расстояние между телами, то сила притяжения уменьшается.

Сила тяжести возникает при взаимодействии всех тел с Землей, она их притягивает к себе.

Сила тяжести имеет точку приложения - центр тела и ее вектор направлен вниз.

Формула имеет вид: Fтяж = m*g, где m – масса тела, g – ускорение свободного падения, равно 9,8 Н/кг. Существует вид движения, который называется свободным падением, происходящий в связи с притяжением Земли.

Сила имеет направление и ее можно измерить по величине вектора. Она представляет собой меру взаимодействия тел.Движение всех тел происходит путем воздействия на них сил. По причине взаимодействия между телами могут возникать деформации тел.

При воздействии силы на тело, необходимо учитывать: значении, точку приложения и направление действия.

Существует Международная система единиц (СИ), в которой под единицей силы принимают величину в 1 Ньютон. 1Н =1кг* 1 м/с2,это когда телу массой один килограмм придают данное ускорение, при этом тело движется в сторону приложенной силы.

Прибор для измерения силы – динамометр (от греч. динамис -сила, метрио-измеряю). Существует разновидности динамометров: медицинские , ручные , тяговые и т.д.

Великого Леонардо да Винчи в свое давнее время очень интересовала сила трения: от чего же она зависит и что собой представляет?

Ему приходилось ставить необычные эксперименты, которые удивляли его учеников, они недоумевали от поведения их учителя, наблюдая, как гениальный ученый волочет по земле веревку, то вытянутую по всей длине, то крутосмотанную. В 1519 году, проводя ряд подобных экспериментов ,позже, Леонардо все же смог определить конечный результат и понять, что интересующая его сила, возникающая между двумя контактными поверхностями, зависит напрямую от нагрузки (силе прижатия), никак не зависит от площади взаимодействующих поверхностей и направлена против основного движения.

Спустя много лет, талантливые ученые , Шарль Кулон и Гильом Амонтон, в своих трудах сумели дать окончательную формулировку действиям своего предшественника. Степень важности работ двух этих ученых состояла в том, что они утвердили физическую постоянную величину, как коэффициент трения, вывели формулу, с помощью которой можно рассчитать , чему равна сила трения для определенной пары взаимодействующих материалов. [6]

Сила трения, возникает продвижением тел по поверхности относительно друг друга в направлении от основного движения.[3]

Выделяют следующие виды трения: покоя; скольжения ; качения.

Трение покоя проявляется посредством взаимодействия неподвижных твёрдых тел, когда одно из них стремятся переместить относительно другого . Причиной возникновения данного вида трения является сцепление неровных поверхностей.

Трение скольжения проявляется при взаимодействии двух твердых тел по поверхностям при скольжении.

Формула для расчета:

Fтр. скольж = μ* N= μ*m*g, где N=m*g – сила нормального давления, μскольж– коэффициент трения скольжения.

Величина коэффициента зависит от свойства соединяющихся поверхностей - вещества и качества их обработки. [5]

Можно уменьшить значение μскольж путем шлифовки поверхностей.

Трение качения проявляется при условии взаимодействия двух твердых тел по поверхностям, одно из которых должно быть обязательно круглым. [4]

Основными условиями появления силы трения становятся: неровности поверхностей взаимодействующих тел и межмолекулярное притяжение между ними.

С помощью определенных приемов и способов можно либо уменьшить , либо увеличить силу трения.

Великий ученый, геометр, выдающийся инженер Архимед занимался исследованием действия жидкости на погруженное в нее тело.

Свою знаменитую фразу «Эврика!»(«Нашел!») – провозгласил ученый в тот момент ,когда получил ответ на свой вопрос при решении нелегкой задачи. Существует легенда о том, как древнегреческий царь обратился к ученому с просьбой определить, из чистого ли золота выполнена его корона.

Архимед занялся взвешиванием короны, но решение было не убедительным, необходимо было еще вычислить объем данного тела, для расчета плотности металла, и тогда только можно было бы определить - чистое ли это золото.

Далее, по легенде, Архимед, озадаченный думами по определению объема представленного ему предмета , принимая водные процедуры в ванной , заметил подъем воды до крайнего уровня. И тут его озарило–по вытесненному объему воды, он понял ,что объем его тела равен столько же, значит, и корона, при погружении в заполненную до самого верха емкость, вытеснит, равный ее объему воду. Ответ был получен! [4]

Закон Архимеда гласит: «На тело погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная снизу вверх и равная весу жидкости в объеме, вытесненном телом». Существует понятие гидравлического давления, которое действует со всех сторон на погруженное в жидкость тело.

Воздействие, которому подвергается тело, опущенное в жидкости, называется выталкивающей силой, т.к. направлена вверх. Основные характеристики, от которых зависит эта сила были определены великим ученым Архимедом. Действие силы распространяется не только на любую жидкость, но и на газы. В последствии , для всего человечества открытие данного закона имело огромное значение.

Формула имеет вид: Fарх = pж*g* Vт , и когда производят расчет силы , учитывают только утонувшую часть тела.

Условия плавания тел: (сравниваем силы и плотности)

• Fарх>Fтяж ; pж >pтела- всплывает
• Fарх= Fтяж ; pж = pтела - плавает внутри жидкости
• Fарх<Fтяж ; pж <pтела - тонет

Осваивая законы природы и используя их в своей жизнедеятельности, человек способен ускорять научно-технический прогресс.

В силу того, что существует сила притяжения к Земле можно объяснить и подтвердить рядя явлений: все тела падают вниз; человек подпрыгнув опускается на землю; движется вода в реках. Благодаря изучению законов гравитации появилась возможность исследовать космическое пространство.

Зная причины возникновения силы трения ,у человека появилась возможность использовать ее как в природе, так и в технике. Иногда трение может быть полезным , для этого его стараются увеличить (посыпают песком ледяные дорожки) , в другом моменте трение может быть вредным, и тогда его стремятся уменьшить ( в технике , можно ввести смазку между соприкасающимися поверхностями, а для вращающихся валов машин и станков их опирают на подшипники). [3]

Держать предметы в руках, удерживаться на поверхности земли людям и животным невозможно было бы без силы трения.

Знания законов физики и факторов, отвечающих за действие силы Архимеда позволили людям подниматься в воздух и опускаться на дно океанов и морей, конструировать мощные корабли для тяжелых грузоперевозок на большие расстояния; с помощью подводных лодок и батискафов погружаться в водяные пучины; подниматься в небо на самолетах, дирижаблях, воздушных шарах; созданы новые устройства, такие как управляемые с земли аэростаты и квадракопторы для изучения воздушных течений ,для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.

Все силы природы, которые человек открыл и покорил, должны быть направлены только во благо, надо помнить, что человек есть часть природы.