Урок 15. Сила. Сила тяжести

Физика, 7 класс · Взаимодействие тел · ~45 минут

🎯 Что ты узнаешь

• Что такое сила и почему её недостаточно описать одним числом.
• Что такое всемирное тяготение и почему всё в мире притягивается.
• Что такое сила тяжести и как её посчитать: F = m · g.
• Почему сила — это вектор (у неё есть направление и точка приложения).

📖 Разбираемся в теме

Подбрось мячик вверх. Он замедляется, останавливается в высшей точке и падает обратно вниз. Кто меняет его скорость? Мы уже знаем ответ: какое-то другое тело. Но рядом ничего нет! Что же тянет мяч к земле?

Его тянет сама Земля. А «меру» этого тяги физики называют силой.

Что такое сила

Когда одно тело действует на другое и меняет его скорость (или форму), говорят, что на тело действует сила.

📌 Запомни: Сила — это мера действия одного тела на другое. Сила может изменить скорость тела (разогнать, затормозить, повернуть) или деформировать его (смять, растянуть).

Сила обозначается буквой F, а измеряется в ньютонах (Н) — в честь Исаака Ньютона. 1 Н — это примерно сила, с которой Земля притягивает к себе небольшое яблоко (≈100 г).

Всемирное тяготение

Великое открытие Ньютона: все тела во Вселенной притягиваются друг к другу. Это явление называется всемирным тяготением. Притягиваются Земля и Луна, Солнце и планеты, и даже ты с этим учебником — да-да, вы притягиваете друг друга!

Почему же мы не «слипаемся» с предметами вокруг? Потому что притяжение тем сильнее, чем больше массы тел. У обычных предметов массы маленькие, и притяжение между ними ничтожно. А вот Земля огромная — поэтому её притяжение мы чувствуем постоянно.

🤔 А знаешь ли ты? Легенда гласит, что Ньютон додумался до тяготения, когда ему на голову упало яблоко. Так это или нет — неизвестно, но он действительно понял главное: яблоко падает на землю и Луна «падает» вокруг Земли по одной и той же причине — из-за тяготения.

Сила тяжести

Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести.

⚡ Формула: Сила тяжести: F = m · g, где F — сила тяжести (Н, ньютон), m — масса тела (кг), g — ускорение свободного падения, g ≈ 9,8 Н/кг.

Множитель g ≈ 9,8 Н/кг показывает, что Земля притягивает каждый килограмм массы с силой примерно 9,8 Н. В простых задачах g часто округляют до 10 Н/кг — об этом будет сказано отдельно.

📌 Запомни: Сила тяжести прямо пропорциональна массе: чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает.

💡 Интересно: На Луне g ≈ 1,6 Н/кг — в 6 раз меньше земного. Поэтому астронавты там подпрыгивают высоко и легко, хотя их масса не изменилась — изменилась лишь сила тяжести, действующая на них.

⚠️ Частая ошибка: Путать массу (кг) и силу тяжести (Н). Масса — сколько в теле вещества, она везде одинакова. Сила тяжести — с какой силой это тело притягивает планета, она зависит от планеты. На весах в магазине пишут кг (массу), но физически весы «чувствуют» именно силу.

Сила — это вектор

Силу нельзя описать одним числом. Представь: ты толкаешь шкаф. Важно не только насколько сильно (модуль), но и куда (направление) и в каком месте ты давишь (точка приложения). Поэтому сила — векторная величина.

📌 Запомни: У любой силы есть три характеристики:

1. Модуль (числовое значение силы, в Н);
2. Направление (куда действует);
3. Точка приложения (где приложена к телу).

На чертеже силу изображают стрелкой (вектором): начало стрелки — точка приложения, длина — модуль, остриё — направление.

Куда направлена сила тяжести

Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз — к центру Земли. Именно поэтому всё падает вниз, отвес висит вертикально, а вода в реке течёт сверху вниз.

⏱ Прикинь сам: Масса арбуза 5 кг. С какой силой Земля притягивает его к себе? (Возьми g ≈ 9,8 Н/кг. Ответ — в конце урока.)

✍️ Разбор задач

Пример 1. Масса ученика 40 кг. Найти силу тяжести, действующую на него. g ≈ 9,8 Н/кг.

Дано: m = 40 кг g = 9,8 Н/кг Найти: F — ? Решение: F = m · g = 40 кг · 9,8 Н/кг = 392 Н. Ответ: F = 392 Н.

Пример 2. Найти силу тяжести, действующую на тело массой 2 т. g ≈ 9,8 Н/кг.

Дано: m = 2 т = 2000 кг g = 9,8 Н/кг Найти: F — ? Решение: F = m · g = 2000 кг · 9,8 Н/кг = 19 600 Н. Ответ: F = 19 600 Н ≈ 19,6 кН.

Пример 3. На тело действует сила тяжести 49 Н. Найти массу тела. g ≈ 9,8 Н/кг.

Дано: F = 49 Н g = 9,8 Н/кг Найти: m — ? Решение: Из F = m · g получаем m = F / g = 49 Н / 9,8 Н/кг = 5 кг. Ответ: m = 5 кг.

Пример 4. Тело массой 300 г. Найти силу тяжести (g ≈ 10 Н/кг для простоты).

Дано: m = 300 г = 0,3 кг g = 10 Н/кг Найти: F — ? Решение: F = m · g = 0,3 кг · 10 Н/кг = 3 Н. Ответ: F = 3 Н.

Пример 5. Изобрази силу тяжести, действующую на лампу, подвешенную к потолку.

Решение. Сила тяжести приложена к лампе (точка приложения — на самой лампе, обычно в её центре) и направлена вертикально вниз. На чертеже это стрелка из лампы вниз. (Хотя лампа висит неподвижно, сила тяжести всё равно действует — её уравновешивает натяжение шнура.)

💡 Запомни главное

• Сила — мера действия одного тела на другое; обозначается F, измеряется в ньютонах (Н).
• Всемирное тяготение — все тела во Вселенной притягиваются друг к другу.
• Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает тело: F = m · g, где F — сила (Н), m — масса (кг), g ≈ 9,8 Н/кг.
• Сила — вектор: имеет модуль, направление и точку приложения; на чертеже — стрелка.
• Сила тяжести направлена вертикально вниз (к центру Земли).

📝 Домашнее задание

1. Что такое сила? В каких единицах она измеряется?
2. Что такое всемирное тяготение? Притягиваешь ли ты к себе свой стол? Почему этого не заметно?
3. Запиши формулу силы тяжести и расшифруй каждую букву с единицей.
4. Назови три характеристики силы как вектора.
5. Найди силу тяжести, действующую на тело массой 60 кг (g ≈ 9,8 Н/кг).
6. На тело действует сила тяжести 78,4 Н. Найди массу тела (g ≈ 9,8 Н/кг).
7. Найди силу тяжести для тела массой 250 г (возьми g ≈ 10 Н/кг).
8. Чем отличается масса тела от силы тяжести? Изменится ли каждая из них, если тело перенести на Луну?
9. ⭐ На Луне g ≈ 1,6 Н/кг. С какой силой притягивается там космонавт массой 80 кг? Во сколько раз это меньше, чем на Земле (g ≈ 9,8 Н/кг)? Изменится ли при этом его масса?