Сила тяжести

Все мы знаем, что Земля имеет форму шара и люди живут на всей его поверхности. Почему же тогда жители его «нижней» южной половины не падают вниз? Это происходит благодаря силе тяжести, которая удерживает на нашей планете все физические тела. Разберемся, что такое сила тяжести, от чего она зависит и работает ли под водой.

Что такое сила тяжести в физике

Силой тяжести в физике называется сила притяжения Земли, действующая на материальные объекты, находящиеся вблизи ее поверхности. То есть это такая сила, которая тянет к центру Земли все, что имеет массу: от капель воды и атомов кислорода в атмосфере до зданий и техники. Благодаря этому явлению люди и животные могут ходить, опираясь на ноги и лапы, а вода и почва не улетают с планеты в космическое пространство.

Полезная информация о силе тяжести

Формула силы тяжести

Вычислить значение силы тяжести, действующей на интересующий нас объект, достаточно просто: необходимо умножить массу этого объекта на ускорение свободного падения.

F_т = mg, где
F_т – сила тяжести
m – масса физического тела
g – ускорение свободного падения в месте расположения этого тела

В учебниках физики значение g обычно принимают за 9,8 м/с², а на экзаменах ОГЭ и ЕГЭ для удобства его округляют еще сильнее, до 10 м/с².

Однако для научных вычислений используется более точное значение ускорения свободного падения, зависящее от местоположения объекта. Например, на полюсах Земли g = 9,82 м/с², а на экваторе – 9,78 м/с². Такая разница возникает из-за того, что наша планета имеет форму неидеального шара и «приплюснута» с полюсов. Расстояние от поверхности Земли до ее центра на полюсе меньше, чем на экваторе, а значит по закону всемирного тяготения сила гравитации на полюсе будет больше.

это интересно

Закон сохранения энергии

Формулировка закона, примеры из жизни и задачи

Подробнее

Единица измерения

Как и любая другая физическая сила, сила тяжести в международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах:

1Н = 1кг*м/с²

Существуют и производные единицы:

1 кН (килоньютон) = 1 000 Н
1 МН (меганьютон) = 1 000 000 Н
1 мН (миллиньютон) = 0,001 Н
1 нН (наноньютон) = 0,000001 Н

Сила тяжести, действующая на воду и в жидкости

Как мы уже знаем, сила тяжести действует на все, что обладает массой и находится в гравитационном поле Земли. А значит, действует она также и на воду, и на все, что находится в воде или на ее поверхности.

В задачах, где требуется найти силу тяжести, действующую на воду, обычно указывается объем жидкости, который нас интересует. В этом случае всю воду мы можем принять за единое физическое тело, обладающее определенной массой. При этом нам не нужно учитывать форму получившегося тела или форму сосуда, заполненного водой, достаточно иметь данные об объеме и помнить, что один литр чистой воды весит один килограмм. Далее вычисления производим по уже упомянутой формуле. Например, на три литра воды действует сила тяжести, равная:

F_т = 3 * 9,8 = 29,4 Н 

Напоминаем, что на ЕГЭ g=10, а значит, в ответе будет 30 Н.

Не зависит величина силы тяжести и от среды, в которой находится рассматриваемый объект: она будет одинаковой и на воздухе, и в воде, и, например, в растворе бетона. Но в воде и любой другой жидкости на физические тела действует сила, вектор которой направлен строго в противоположную сторону: это сила выталкивания, она же сила Архимеда. Плавучесть предмета, то есть его способность держаться на поверхности воды, зависит от ее значения. Если выталкивающая тело сила превзойдет силу тяжести, то оно всплывет на поверхность воды, если наоборот – утонет. Если силы равны – тело «зависнет» на одном уровне в толще воды. Помните: это актуально, только если на рассматриваемый объект не действуют никакие другие силы: его не толкают винтом, не тянут за веревку и прочее.

Связь силы тяжести и массы тела

Благодаря общепринятому округлению ускорения свободного падения можно сказать, что действующая на физическое тело сила тяжести зависит только от массы этого тела. Во всяком случае, такое утверждение точно актуально для задач на ОГЭ и ЕГЭ, где g округляется до 10 вне зависимости от местоположения объекта.

Задачи на тему «Сила тяжести»

Решим несколько задач о силе тяжести для закрепления темы.

Задача 1

Определите, на какие физические тела в следующих парах действует большая сила тяжести:

1. Пустая литровая банка, заполненная водой литровая банка.
2. Чугунный шар диаметром 10 см, шар из пенопласта диаметром 10 см.
3. Пакет гречневой крупы весом 1 килограмм, пакет кукурузных палочек весом 1 килограмм.

Задача 2

Вычислите, с какой силой Земля притягивает к себе следующие объекты:

1. Мальчик Петя массой 30 килограммов.
2. Круизный лайнер «Эдельвейс» массой 141 785 килограммов.
3. Порция сахарной ваты массой 50 граммов.

Ответы к задачам

Для самопроверки используем ответы.

Задача 1

В каждой паре необходимо выбрать физическое тело с большей массой.

1. Заполненная водой литровая банка, так как литр воды добавляет 1 килограмм к массе.
2. Плотность чугуна выше плотности пенопласта, а значит, он тяжелее. Поэтому при равном объеме шар из чугуна имеет большую массу.
3. Масса пакетов одинакова, поэтому на них действует одинаковая сила тяжести.

Задача 2

Домножим массу каждого объекта на ускорение свободного падения g=10 (округляем до значения, используемого на итоговых экзаменах) и получим силу тяжести.

1. 30 ×10 = 300 Н
2. 141 785×10 = 1 417 850 Н
3. 50 гр = 0,05 кг, а значит 0,05×10 = 0,5 Н

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Юлия Крутова, учитель физики средней общеобразовательной школы №16 (Московская область, Орехово-Зуевский городской округ):