ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Понятие о невесомости из "Краткий курс теоретической механики 1970 " Но если тело движется в поле тяготения Земли, то, как мы увидим, внутренние усилия, обусловленные внешними воздействиями или характером движения, возникают в теле не всегда. Когда такие внутренние усилия имеют место, тело также находится в состоянии весомости. Если же указанные внутренние усилия в теле не возникают, то про тело говорят, что оно находится в состоянии невесомости. Таким образом, состоянием невесомости тела в поле тяготения называют такое его состояние, при котором ни действующие на тело внешние силы, ни совершаемое им движение никаких внутренних усилий в теле не вызывают. Это состояние аналогично тому, в котором находилось бы тело, покоящееся или движущееся поступательно равномерно и прямолинейно вне поля тяготения небесных тел. [c.325] В частности, если тело движется (или покоится) вблизи поверхности Земли, то практически можно считать, что . = т о = Р, где численно Р равняется весу тела. [c.326] Полученное равенство, поскольку сила тяготения в него не вошла, будет, очевидно, справедливо и при движении в поле тяготения нескольких небесных тел (например. Земли и Луны и г. п.). При этом требуется лишь чтобы размеры движущегося тела были малы по сравнению с расстояниями его частиц от центра каждого из притягивающих тел. [c.327] В числе действующих внешних сил есть поверхностные силы. Если же тело движется в поле тяготения поступательно и никакие внешние СИЛЫ, кроме СИЛ тяготения, на тело не действуют (5=10), то, как видно из формулы (116), внутренние усилия, обусловленные внешними воздействиями, в теле не возникают и оно находится в состоянии невесомости ). И рп этом, в согласии с равенством (115), все частицы тела имеют ускорения w — g. [c.328] Физически найденный результат объясняется тем, что силы тяготения (силы массовые) действуют непосредственно на каждую из частиц тела, сообщая этим частицам, как мы установили, одинаковые ускорения, равные g. Но с таким же ускорением каждая из частиц двигалась бы, будучи свободной. Следовательно, при поступательном движении тела под действием только сил тяготения каждая из его частиц движется как свободная и не оказывает на соседние частицы никаких давлений. В результате тело находится в состоянии невесомости. [c.328] Поскольку при непоступательном движении в)д(. ф О, то и Nв Ф О, т. е. частицы оказывают взаимные давления друг на друга и тело не находится в состоянии невесомости. Невесомость может иметь место лишь тогда, когда = т. е. когда тело движется поступательно. [c.328] Во всех приведе.чных рассуждениях существенно также то, что размеры рассматриваемого тела малы по сравнению с радиусом Земли (с расстоя.чием до центра притягивающего тела), так как только при этом условии ускорения g можно считать для всех частиц тела одинаковыми. [c.328] любое тело, движущееся в поле тяготения Земли свободно (т. е. под действием только сил тяготения) и поступательно, находится в состоянии невесомости при этом размеры тела должны быть малы по сравнению с его расстоянием от центра Земли Аналогичный результат имеет место для движения в поле тяготения любых других небесных тел. [c.329] Следовательно, если сопротивление воздуха пренебрежимо мало, то любое падающее на Землю или брошенное с ее поверхности тело, движущееся поступательно, будет находиться в состоянии невесомости. В частности, в состоянии невесомости находятся движущиеся виг земной атмосферы без вращения искусственные спутники Земли или космические корабли и все находящиеся в них тела. [c.329] Учет невесомости приобретает важное значение при космических полетах, поскольку невесомость изменяет условия работы многих устройств и приборов, а те из них, в которых, например, используются физические маятники или свободная подача жидкости и т. п., вообще оказываются непригодными. Важную роль в условиях невесомости начинают играть молекулярные силы (в земных условиях малые по сравнению с взаимными давлениями, обусловленными весомостью), что меняет характер ряда явлений. Например, в условиях невесомости смачивающая жидкость, заполняющая замкнутый сосуд, под действием молекулярных сил распределится равномерно по его стенкам, а воздух, если он есть, займет среднюю часть сосуда. Жидкость же, не смачивающая стенок, примет форму шара ). [c.329] Интересным свойством обладают системы отсчета, связанные с телами, движущимися в поле тяготения свободно и поступательно, т. е. находящимися в состоянии невесомости. Назовем такую систему местной системой отсчета и рассмотрим движение по отношению к ней точки с массой т, считая область, где происходит движение, настолько малой, что в ней можно принять onst. Тогда в уравнении относительного движения точки 120, уравнение (51 )j переносная сила инерции F, ep = — тлОп р = — nig уравновесится с действующей на точку силой тяготения F — mg, а F op = 0, поскольку система отсчета движется поступательно. В результате уравнение (51) примет такой же вид, как в инерциальной системе отсчета, т. е. [c.329] Заметим, что Земля, не будь у нее суточного вращения, находилась бы при движении вокруг Солнца в состоянии солнечной невесомости . Поэтому для движений в области, малой по сравнению с расстоянием до Солнца, система отсчета с началом в центре Земли и осями, направленными на неподвижные звезды (т. е. не участвующая в суточном вращении Земли), практически инерциальна и уравнения движения в ней имеют вид (119). Система же отсчета, жестко связанная с Землей и участвующая в ее суточном вращении, не будег инерциальной (см. 121). [c.330] Другим примером является система отсчета, связанная с движущимся в поле тяготения свободно и без вращения космическим кораблем. В ней уравнения движения тоже имеют вид (119), и все механические явления, о чем говорилось, протекают так, как если бы корабль находился вне поля тяготения. [c.330] Из уравнения (П9) следует, что при /= =0, т. е. когда никакие силы, кроме сил тяготения, на тело ке действуют, оно, предоставленное само себе, будет свободно висеть в любом месте кабины корабля, что, как проявление невесомости, наблюдалось и экспериментально ). Но такой факт сам по себе еще не свидетельствует о наличии невесомости. Его можно наблюдать и на Земле, например, для тела, погруженного в жидкость с тем же, что и у тела, удельным весом. Однако на это тело действуют поверхностные силы давления жидкости, создавая в нем внутренние напряжения, и оно будет в состоянии весомости. [c.330] Невесомость может иметь место при действии на тело только массовых сил. Сущность этого явления связана с отсутствием в теле соответствующих внутренних усилий и не зависит от того, по отношению к какой системе отсчета рассматривается движение. Соответствующие эффекты (например, то, что при невесомости несмачивающая жидкость принимает форму шара и др.) будут фиксироваться наблюдателем, находящимся в любой системе отсчета. [c.330] Вернуться к основной статье