В-12 Сила тяжести. Вес тела. Невесомость

В повседневной жизни мы достаточно часто слышим словосочетание «вес тела». Что же означает понятие веса в физике? Известно, что все тела испытывают силу притяжения к Земле. Эта сила носит название силы тяжести. Очень часто ее путают с весом.

Весом называют силу, с которой тело давит на опору или растягивает подвес. Если сила тяжести приложена непосредственно к телу, то вес приложен к опоре или подвесу.

Невесомость — это состояние отсутствия веса у тела. В этом случае тело не давит на опору и не растягивает подвес. Для возникновения со­стояния невесомости необходимо, чтобы на тело действовала только одна сила — сила тяжести.

Если сила тяжести является постоянной величиной на поверхности Земли, то вес тела зависит от состояния опоры, на которой находится тело. Например, в лифте, в зависимости от направления его движения с ускорением, вес тела может либо уменьшаться, либо увеличиваться.

16. В каком случае возникает состояние невесомости?

1) на тело не действуют никакие силы

2) все силы скомпенсированы

3) на тело действует только сила тяжести

4) если тело находится в космическом пространстве

17. К чему приложен вес тела?

1) к самому телу

2) к Земле

3) к опоре

4) зависит от тела

18. Если в два раза уменьшить массу воды в стакане, находящемся в ис­кусственном спутнике Земли, то изменится ли вес воды?

1) вес там равен нулю

2) увеличится в два раза

3) уменьшится в два раза

4) уменьшится в четыре раза

В-13 Высота Эйфелевой башни

Если вас спросят, какова высота Эйфелевой башни, то не торопитесь дать правильный ответ: «300 метров». Прежде необходимо уточнить: в холодную погоду или теплую? Ведь высота столь огромного железного сооружения не может быть одинаковой при всякой температуре. Железный стержень длиной 100 м при нагревании его на 1 градус удлиняется на 1 мм. Следовательно, высота Эйфелевой башни тоже будет увеличиваться с повышением температуры. В теплую солнечную погоду железный материал башни может нагреться в Париже до +40° С, между тем как в холодный, дождливый день температура падает до +10°С, а зимой до 0°С и даже до —10°С, большие морозы в Париже редки. Как видим, колебания темпе­ратуры доходят до 40 и более градусов. Значит, высота Эйфелевой башни может колебаться на 3 х 40 = 120 мм, или на 12 см. Прямые измерения обнаружили, что Эйфелева башня еще чувствительнее к колебаниям температуры, нежели воздух: она нагревается и охлаждается быстрее и раньше реагирует на внезапное появление солнца в облачный день. Изменения высоты Эйфелевой башни были обнаружены с помощью проволоки из особой никелевой стали, обладающей способностью почти не изменять своей длины при колебаниях температуры. Этот замечательный сплав носит название «инвар» (от латинского «неизменный»).

Итак, в жаркий день вершина Эйфелевой башни поднимается выше, чем в холодный, на высоту, равную примерно длине строки этого текста.

16. В какое время года Эйфелева башня будет иметь наименьшую высоту?

1) летом

2) зимой

3) осенью

4) весной

17. Как изменится высота Эйфелевой башни при повышении температуры на 20°С?

1) увеличится на 80 мм

2) увеличится на 60 мм

3) увеличится на 100 мм

4) увеличится на 40 мм

18. Для чего при укладке железнодорожных рельсов между ними оставляют зазор, примерно равный 6 мм?

1) для экономии материала рельсов

2) чтобы при охлаждении рельсы не сдавливали друг друга

3) трудно стыковать рельсы вплотную

4) чтобы при тепловом расширении не произошло искривления рельсов

В-14 Эхо со дна моря

Долгое время человек не извлекал из эха никакой пользы, пока не придуман был способ измерять с его помощью глубину морей и океанов. В 1912 г. затонул легендарный «Титаник» от случайного столкновения с большим айсбергом. Чтобы предупредить подобные катастрофы, пытались в туман или ночью пользоваться эхом для обнаружения присутствия

ледяной преграды впереди судна. Способ этот на практике себя не оправ­дал, зато породил идею измерять глубину моря под кораблем с помощью эха. Схема установки такова: в трюме близ днища корабля помещается источник резкого звука, который, проникая сквозь толщу воды, отражается от дна и фиксируется чувствительным прибором. Точные часы измеряют промежуток времени между возникновением звука и приходом эха. Зная скорость звука в воде: 1450 м/с, нетрудно вычислить глубину моря подсудном:

Эхолот, как назвали эту установку, совершил переворот в практике измерения морских глубин. Прежние глубиномеры можно было использовать только с неподвижного судна и опускать лотлинь довольно медленно (150 м в минуту). Эхолотом измерение производится в несколько секунд, причем на полном ходу корабля, давая результат несравненно более точный и надежный.

Точное измерение больших глубин имеет важное значение для науки океанографии, так как погрешность измерений не превосходит четверти метра, позволяет мореплавателям безопасно приближаться к берегу, оценивая глубину на мелководье. Промышленные рыболовные судна с помощью эхолотов могут обнаруживать плотные косяки рыб. В современных эхолотах применяются не обычные звуки, а интенсивные ультразвуки, неслышимые человеческим ухом с частотой, превышающей 105 Гц.

16. На каком явлении основан современный способ измерения морских глубин?

1) преломление звука при достижении препятствия

2) интерференция звуковых волн

3) отражение звуковых волн от препятствий

4) способность звука огибать препятствия

17. Определите глубину моря под кораблем, если отраженный сигнал при­шел через 0,4 с.

1) 290 м

2) 580 м

3) 340 м

4) 680 м

18. Зная скорость электромагнитных волн, определите, через какое время радиолокатор примет сигнал, отраженный от самолета, находящегося от него на расстоянии 3 км?

1) 2 мкс

2) 4 мкс

3)20 мкс

4)40мкс

В-15 Вес тела

Сила, с которой тела притягиваются земным шаром, убывает по мере возвышения над земной поверхностью. Если бы мы подняли килограммовую гирю на высоту 6400 км, то есть удалили от центра Земли на 2 земных радиуса, то сила притяжения ослабла бы в 22 раза, то есть в 4 раза. Стрелка пружинных весов с подвешенной гирей показала бы 250 г вместо 1000 г. Согласно закону тяготения

земной шар притягивает внешние тела так, как если бы его масса была бы сосредоточена в центре, а сила этого притяжения убывает обратно квадрату расстояния.

Естественно, рождается мысль, что, углубляясь с гирей к центру нашей планеты, мы должны наблюдать усиление притяжения: гиря в глубине Земли должна весить больше. Эта идея неверна: с углублением в Землю тела не увеличиваются в весе, а, наоборот, уменьшаются. Объясняется это тем, что в этом случае притягивающие части Земли расположены уже не по одну сторону тела, а по разные его стороны. Поэтому вес тела по мере углубления в Землю будет быстро уменьшаться, а достигнув центра Земли, станет равным 0, так как окружающие части Земли притягивают его во все стороны с одинаковой силой.

Подвесим ту же гирю к динамометру и быстро опустим вниз. Стрелка динамометра укажет нам уменьшение веса. Если же уронить гирю, то она станет совершенно невесомой. Вес тела — это сила, с которой тело тянет точку подвеса или давит на свою опору. Падающее тело не производит никакого давления на пружину динамометра, так как пружина опускается вместе с ним.

16. Как изменится вес гири, если удалить ее от центра Земли на 3 земных

радиуса?

1) уменьшится в 3 раза

2) уменьшится в 9 раз

3) увеличится в 3 раза

4) увеличится в 9 раз

17. Как изменится вес гири, если поднимать ее ускоренно вверх?

1) не изменится

2) уменьшится

3) увеличится

4) зависит от массы гири

18. Как изменится вес гири, если перенести ее с поверхности Земли на по­верхность Луны? Известно, что масса Луны в 81 раз меньше массы Земли, а ее радиус меньше радиуса Земли в 3,6 раза.

1) увеличится в 3 раза

2) уменьшится в 3 раза

3) уменьшится в 6 раз

4) увеличится в 6 раз