что это такое в физике, законы проявления, как влияет на человека, формула
Невесомость — что это простыми словамиДля того чтобы понять, что такое невесомость, нужно сначала познакомиться с понятием веса.
ОпределениеВес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Очень часто понятие вес путают с массой. Вес обозначается P — давление, оказываемое телом на подвес или опору. F — сила упругости, оказываемая подвесом на предмет. Они равны по модулю, но противоположны по направлению.
Невесомость возникает в том случае, если тело не давит на опору или подвес. Еще Готфрид Лейбниц отметил изменение веса шарика в свободном падении в жидкости. В 1892 — 1893 г.г. профессором МГУ Любимовым Н. А. было поставлено несколько опытов, доказывающих возникновение невесомости в состоянии свободного падения. В своих экспериментах Любимов использовал маятник. Маятник, выведенный из положения равновесия при свободном падении, не качался.
Простыми словами, состояние невесомости — отсутствие давления на предмет и его части, т.е. гравитационные силы в этом случае уравновешиваются.
Есть два вида невесомости.
Потеря веса, которая возникает на большом расстоянии от небесных тел из-за ослабления притяжения, называется статической невесомостью. А состояние, в котором находится человек во время полета по орбите, — динамической невесомостью.
Проявляются они совершенно одинаково. Ощущения человека одни и те же. Но причины разные. Космонавты в полетах имеют дело только с динамической невесомостью. Выражение «динамическая невесомость» означает: «невесомость, возникающая при движении».
Физическая формула веса (P) при ускоренном движении опоры имеет следующий вид:
P=m(g-a),
m — масса тела,
g — ускорение свободного падения,
a — ускорение опоры.
При равенстве g и a, P=0, достигается невесомость.
Динамическая невесомость возникает и на Земле. Невесомы пловцы-ныряльщики, летящие в воду с вышки. Лыжники во время прыжка с трамплина невесомы в течение нескольких секунд. Невесомы падающие камнем вниз парашютисты, пока они не раскрыли парашюты. При тренировках космонавтов на тридцать – сорок секунд создают невесомость в самолете.
Как проявляется, влияние на человекаМы не замечаем собственного веса и привыкли к тому, что все предметы имеют вес. За миллионы лет развития все живущие на Земле организмы приспособились к тому, чтобы выдержать свой вес, люди не исключение. Для жизни в условиях земного притяжения у нас есть кости, связки и мышцы.
ПримечаниеВ человеческом организме есть специальный орган — вестибулярный аппарат. Он расположен в глубине головы, за ухом. Вестибулярный аппарат помогает нам ориентироваться в пространстве, с помощью него мы чувствуем, где «низ» и где «верх».
Естественно, что состояние невесомости существенно отличается от привычного нам.
Организм человека в такой среде реагирует на невесомость как на раздражитель. Центральная нервная система страдает в первую очередь. Отсутствие привычной тяжести для человеческого тела — большой стресс.
Космонавты чаще всего встречаются с состоянием невесомости. Они проходят многолетние тренировки, чтобы сократить последствия и приспособить организм к такому состоянию. В первые минуты пребывания в состоянии невесомости человек может почувствовать тошноту, головную боль, дезориентацию (вестибулярный аппарат в этом случае не может подсказать нам, где «верх», а где «низ»).
В невесомости человеческий рост может увеличиться на 2 – 5 см из-за низкой гравитации. Это может вызвать мышечные и суставные боли. Но после возращения в привычные условия, рост вернется.
Сильный дискомфорт причиняет изменение давления жидкости в организме. Кровь приливает к голове и груди. Стоять и ходить в состоянии невесомости не получится, поэтому мышцы спины и ног начинают терять силу и уменьшаться в размерах.
Невесомость действует и на кости человека. Каждый месяц, проведенный в состоянии невесомости, кости истончаются на 1%.
После возвращения на Землю космонавты должны снова привыкать к земным условиям. Даже за несколько дней в космосе, человеческое тело отвыкает от собственного веса. Многие космонавты не способны устойчиво держаться на ногах и ходить после пребывания в невесомости. Чтобы последствия не были тяжелыми, космонавты, помимо обычных силовых тренировок, проводят электростимуляцию мышц. Не исключается применение и фармакологических средств.
Можно ли создать условия невесомости на ЗемлеЧтобы привыкнуть к ощущению невесомости в космосе, космонавты тренируется в специальных самолетах-лабораториях:
Он взлетает и начинает просто падать, чтобы ускорение самолета было равно ускорению свободного падения. В этот момент, в формуле веса из g вычитается равное ему значение ускорения a и получается 0:
P = m (g-a) = m (9,8 – 9,8) = 0
Эффект невесомости можно ощутить на аттракционах вроде «американских горок».
На секунды, при резком спуске, можно почувствовать состояние невесомости.
Таким образом можно побывать в состоянии невесомости на Земле.
формула, формулировка простыми словами, действует ли в невесомости, где используется
Мы попросили профессионального педагога объяснить определение закона Паскаля для жидкостей и газов простыми словами. Вместе с экспертом разберем вопросы для 7 класса: действует ли закон Паскаля в невесомости и где используется в жизни
Борис Михеев
Автор КП
Андрей Найденов
Преподаватель математики и физики онлайн-школы TutorOnline
Блез Паскаль, сын налогового инспектора из Руана, за 39 лет жизни оставил глубочайший след в физике, математике, литературе и философии. Электронный калькулятор — правнук его «паскалины», первого механического арифмометра, изобретенного ради помощи отцу в сложных вычислениях.
Формулировка закона Паскаля простыми словами
Ученики средней школы знакомятся с законом Паскаля, основой гидростатики.
Ученый сформулировал его такими словами: давление, воздействующее на жидкие вещества или газы, достигает каждой их точки. Во всем объеме оно передастся одним и тем же образом. То есть давление в любой точке будет одинаковым, независимо от направления измерения: вниз, в стороны и даже вверх.
Объясняется закон Паскаля тем, что молекулы жидкостей и газов достаточно подвижны, а в твердом теле способны только колебаться с минимальными отклонениями от постоянных позиций. Свободно движущиеся частицы перемещаются внутри закрытого объема и ударяются о его стенки. Если давление в некой зоне меняется, то они перемещаются из области с более высоким давлением в сторону более низкого. Этот процесс быстро выравнивает давление во всем объеме.
В ТЕМУ
Формула закона Паскаля
Трение покоя проявляется между двумя неподвижными физическими телами. Оно будет сохраняться до тех пор, пока приложенная к ним сила не превысит силу трения покоя.
Формулируем, что действующая сила трения покоя равна силе тяги.
Где:
р — это давление;
F — приложенная сила;
S — площадь поверхности/сосуда.
Единица измерения давления в системе СИ ⓘ названа в честь Блеза Паскаля. Это сила в 1Н (ньютон), действующая на площадь в 1 квадратный метр.
Международная система единиц, СИ (Le Système International d’Unités — SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Андрей Найденов, преподаватель математики и физики онлайн-школы TutorOnline
Действует ли закон Паскаля в невесомости?
Согласно закону Паскаля, изменение давления в жидкости или газе действует во всех направлениях одинаково. Этот физический закон объясняется тем, что между молекулами жидкости или газа, обладающими большой кинетической энергией, силы отталкивания преобладают над силами притяжения.
Любое увеличение давления провоцирует незначительное сближение молекул, после чего они, отталкиваясь, разлетаются во все стороны, рождая волну повышения давления, распространяющуюся во все стороны одинаково.
Если жидкость или газ находятся в невесомости, это никак не препятствует механизму взаимодействия между молекулами. Поэтому закон Паскаля в невесомости работает точно так же, как и в условиях действия сил гравитации, — вблизи поверхности какой-либо планеты или на космическом корабле с искусственной гравитацией.
Где используется закон Паскаля?
Действие закона Паскаля можно проследить во всех технических устройствах, где есть газ или жидкость, и происходит изменение их давления. Например, гидравлические или воздушные тормоза на автомобилях и железнодорожном транспорте. Нажимая на педаль тормоза, водитель приводит в действие поршень, который увеличивает давление в тормозном цилиндре, откуда усилие передается на исполнительные механизмы торможения.
На этом же принципе работает гидравлический домкрат. Созданное усилие, действующее на маленькую площадь, этот механизм передает в другой цилиндр, который многократно усиливает действующую силу через действие давления на большую площадь.
Под давлением краска высвобождается из баллончика, и мы можем, например, нарисовать граффити или покрасить машину. Фото pixabay.com
Как доказать действия закона Паскаля?
Есть много опытов, которые доказывают действие закона Паскаля. Вот один из них. Наверное, он самый простой. Берем медицинский шприц. Набираем в него воду. И начинаем давить на поршень. Из иглы шприца вылетает фонтанчик воды. Мы давим на поршень, а вода вылетает с другого конца шприца. Значит, давление от поршня передается всей толще воды в шприце и выталкивает воду с другого конца.
Фото на обложке: pixabay.com
Невесомость и спутники – Уроки Wyzant
Написано преподавателем Томасом Л.
Концепция невесомости легко может быть неправильно понята большинством людей, пока они не познакомятся с вводной физикой в первый раз.
Например, многие из нас рано (правильно) узнают, что вес зависит от силы гравитации F г = мг , и что на Земле мы весим больше, чем на Луне, потому что сила гравитации на Земле ( г=9,8 м/с 2 ) больше, чем у Луны ( г=1,6 м/с 2 ). Поэтому неудивительно, что одно распространенное заблуждение состоит в том, что объект становится невесомым, когда сила тяжести становится равной нулю. Строго говоря, это утверждение было бы верным, если бы не тот факт, что сила тяжести никогда не может быть точно равна нулю (более подробно о формуле силы тяжести см. в уроке о гравитации). Это потому, что гравитация действует даже на невероятно больших расстояниях, несмотря на то, что это самая слабая из фундаментальных сил. Итак, если сила тяжести никогда не равна нулю, как можно что-либо считать невесомым? Проще говоря, невесомость можно точнее определить как «ощущение отсутствия веса». Это чувство обычно вызывается/усиливается (a) отсутствие толкающей или тянущей силы от близлежащих поверхностей и/или (b) восприятие того, что скорость человека относительно его окружения равна нулю.
Рассмотрим каждую ситуацию по отдельности.
Толкающие и тянущие силы
Причина, по которой я чувствую собственный вес, когда стою, заключается в том, что земля давит на меня вверх. Чем больше силы я ощущаю от земли (или любой другой поверхности), тем «тяжелее» я себя чувствую. Эту силу, которую я чувствую от контактирующей поверхности, обычно называют нормальной силой. Обычно существует сила (например, гравитация), которая толкает или притягивает тело к поверхности. В ответ поверхность давит на рассматриваемое тело. Мы можем определить, насколько сильно эта поверхность давит, посмотрев на результирующую силу. Обычно мы суммируем все силы, действующие на тело, чтобы определить результирующую силу (второй закон Ньютона), используя это уравнение
, но заранее зная результирующую силу, мы можем найти нормальную силу. Например, если я стою на ровной поверхности и не ускоряюсь ни в каком направлении, результирующая сила, действующая на мое тело, равна нулю, что означает, что нормальная сила по величине равна силе тяжести ( см.
рис. ). Подводя итог, можно сказать, что нормальная сила отвечает за ощущение веса, а величина нормальной силы может зависеть от направления и величины результирующего ускорения.
Рассмотрим следующий сценарий: вы находитесь внутри движущегося лифта и стоите на весах. Шкала используется для измерения того, насколько сильно нижняя часть лифта давит на вас. Если лифт ускоряется (положительное чистое ускорение), результирующая сила, действующая на ваше тело, направлена вверх, поэтому второй закон Ньютона дает нам уравнение
Решение для N (которое представляет вес, который вы чувствуете) дает нам
, что больше вашего веса на земле. Если лифт ускоряется вниз (отрицательное чистое ускорение), мы получаем уравнение
Решение для N дает нам
, что меньше вашего веса на земле. Если a net =g , то N=0 и вы почувствуете себя совершенно невесомым.
Относительная скорость
Если N=0 достаточно для невесомости, то почему люди обычно не считают себя «чувствующими себя невесомыми», когда прыгают с трамплина (или прыгают с парашютом для более предприимчивых)? Это потому, что я чувствую, что двигаюсь относительно своего окружения.
Если мы вернемся к примеру с лифтом, я чувствую себя невесомым в падающем лифте, потому что я могу «плавать» внутри лифта, просто потому, что мы оба падаем с одинаковой скоростью и имеем одинаковое результирующее ускорение. Кстати, вы, наверное, уже заметили, что условие a body =a лифт =g должно быть выполнено, чтобы N=0 было истинным, поскольку тот факт, что оба объекта падают вместе, означает, что им не нужно оказывать нормальную силу друг на друга. И толкающие, и тянущие силы, и относительная скорость являются взаимосвязанными событиями, которые происходят одновременно, создавая ощущение невесомости.
Таким образом, мы можем уточнить наше предыдущее утверждение об относительной скорости объекта относительно его окружения следующим образом: ощущение невесомости достигается, когда и объект, и его окружение испытывают одинаковое результирующее ускорение. Эта концепция ясно объясняет, почему астронавты на Международной космической станции невесомы.
Интуитивно многие люди могут сказать, что «в космосе нет гравитации» или что сила гравитации на орбите намного меньше. На самом деле, верно обратное. Без гравитации спутники не смогли бы вращаться вокруг Земли и просто двигались бы по прямой линии в космос. Причина, по которой астронавты чувствуют себя невесомыми, заключается в том, что они движутся к Земле с той же скоростью, что и корабль, в котором они находятся.0023
Тест на невесомость
1. Муравей сидит на теннисном мяче, который подброшен прямо вверх. Какие из следующих утверждений верно?
A.
Муравей чувствует себя невесомым между точками a и c, когда мяч поднимается вверх.
B.
Сила тяжести равна нулю в точке b
C.
Сила тяжести отлична от нуля в точке a, уменьшается в точке b и увеличивается в точке c
D.
Муравей чувствует себя невесомым между точками b и c, когда мяч падает вниз.
E.
Верно более одного утверждения
F.
Ни одно из этих утверждений не верно
радиус кривизны r при постоянной скорости v . С какой скоростью должен двигаться автомобиль, чтобы чувствовать себя невесомым на вершине холма?
A.
v=mg/r
B.
v=√gr
C.
v=mg/r 2
D.
v=√2gr
Невесомость* – Физика тела: движение к метаболизму
Мы видели, что, если обнаружено, что перпендикулярно движению объекта, то он не может ничего воздействовать на объект. Следовательно, результирующая сила только изменит направление движения объекта, изменит его ), а объект должен поддерживать . Объект подвергнется , и в этом случае мы иногда называем результирующую силу, направленную к центру кругового движения, , но это просто соглашение об именах.
[1]
И для мяча, и для спутника точки под углом 90° к движению объекта, поэтому он не может совершать действия, то есть он не может изменить объект, что означает, что он не может изменить объект. Как мы свяжем это с , в котором говорится, что объекты с результирующей силой должны испытывать ? Мы просто должны помнить, что ускорение — это изменение во времени, а скорость включает в себя и направление. Следовательно, постоянно меняющееся направление составляет постоянно меняющуюся скорость и, следовательно, постоянную, так что все хорошо.
Величина ускорения, испытываемого объектом с радиусом , составляет:
(1)
В сочетании с мы можем найти размер , который снова является просто во время :
(2)
Повседневный пример: скругление кривой
Какое максимальное значение может иметь автомобиль при повороте радиусом 75 м без заноса? Предположим, что расстояние между резиной шины и асфальтовой дорогой равно 0,7
Во-первых, мы признаем, что по мере того, как автомобиль движется по кривой, точка должна быть направлена к центру кривой и иметь значение:
Затем мы признаем, что единственная сила доступная для воздействия на автомобиль в горизонтальном направлении (к центру кривой) равна , поэтому в горизонтальном направлении должна быть только сила трения:
Мы хотим знать максимальную скорость, при которой можно пройти поворот без проскальзывания, поэтому нам нужно использовать максимальную скорость, которую можно приложить до проскальзывания: мы решаем случай, когда шины еще катятся и еще не скользят.
Кинетическое трение использовалось бы, если бы шины скользили.
Для типичного автомобиля на ровной поверхности будет равно автомобилю:
Затем мы сократим обе части уравнения и решим для :
Вставив наши значения для коэффициента трения, g и радиуса:
Гоночный автомобиль Формулы-1 создает нисходящую аэродинамическую силу, увеличивая нормальную силу от дороги и, следовательно, трение. Изображение предоставлено: Italian V12 Роба Оо через Wikimedia Commons
[2]
Когда вы стоите на весах и не находитесь в , то они могут не совпадать с вашими, и измерение веса, выдаваемое весами, будет неправильным. Например, если вы встанете на весы в лифте, когда он начнет двигаться вверх, весы покажут слишком большой вес. Когда лифт запускается, ваше движение меняется с неподвижного на движение вверх, поэтому вы должны двигаться вверх и не должны находиться в равновесии. Значение на весах должно быть больше вашего веса, чтобы весы отображали значение больше вашего веса.
Аналогичным образом, если вы встанете на весы в лифте, когда он начнет двигаться вниз, весы будут показывать слишком маленькое значение. Когда лифт начинает опускаться, ваше движение меняется с неподвижного на движение вниз, так что вы не должны находиться в , скорее вы должны двигаться вниз . Показания весов должны быть меньше вашего веса.
Доведя пример с лифтом до крайности, если вы попытаетесь встать на весы, находясь в , весы будут падать вместе с вами. Весы не будут поддерживать вас, поэтому они будут считываться как ноль. Мы можем сказать, что вам невесомый . Однако ваш вес определенно не равен нулю, потому что вес — это просто другое название того, что определенно действует на вас, пока вы… Возможно, нормальная сила-меньше будет более точным, но и менее удобным термином, чем невесомость.
Мы часто называем астронавтов на орбите невесомыми, однако мы знаем, что на них должно воздействовать, чтобы заставить их двигаться по круговой орбите.
Каждый день Пример: Орбитальная скорость
С какой скоростью должен двигаться объект, чтобы облететь Землю (оставаясь на орбите)? Мы можем ответить на этот вопрос, установив значение, равное , заданное Ньютоном (помните, что = mg действительно только для объектов вблизи поверхности Земли):
масса орбитального объекта:
Сокращение и один множитель с обеих сторон и решение для :
Мы видим, что необходимая орбитальная скорость зависит от радиуса орбиты.