Сила тяжести: определение, формула, задачи для 7-11 класса

Что такое сила тяжесть в физике?

Сила тяжести — это сила притяжения Земли. Эта сила действует на все материальные объекты, которые находятся вблизи земной поверхности. Сила тяжести тянет к центру планеты любые предметы, имеющие массу: от молекул воздуха в атмосфере до зданий и автомобилей. Благодаря этому явлению люди и животные могут ходить по земле, а вода и почва не улетают в космическое пространство.

Формула силы тяжести и как ее вычислить

Вычисление силы тяжести проводят по простой формуле. Значение силы тяжести (Fт) равно произведению массы тела (m) на ускорение свободного падения (g).

Формула силы тяжести: Fт = m * g

Обозначения в формуле:

• Fт — сила тяжести, действующая на тело.
• m — масса физического тела.
• g — ускорение свободного падения в месте нахождения тела.

В школьных учебниках и на экзаменах используют округленные значения ускорения свободного падения:

• В учебниках: g ≈ 9,8 м/с²
• На ОГЭ и ЕГЭ для удобства расчетов: g = 10 м/с²

Почему значение g меняется на Земле? Точное значение ускорения свободного падения зависит от местоположения на планете. Это связано с тем, что Земля имеет форму неидеального шара (геоида) и сплюснута у полюсов.

• На полюсах: g ≈ 9,82 м/с² (расстояние до центра Земли меньше, сила притяжения больше).
• На экваторе: g ≈ 9,78 м/с² (расстояние до центра Земли больше, сила притяжения немного меньше).

В чем измеряют силу тяжести?

В международной системе единиц (СИ) силу, включая силу тяжести, измеряют в ньютонах (Н).

Основная и производные единицы:

• 1 Н (ньютон) = 1 кг * м/с²
• 1 кН (килоньютон) = 1 000 Н
• 1 МН (меганьютон) = 1 000 000 Н
• 1 мН (миллиньютон) = 0,001 Н
• 1 нН (наноньютон) = 0,000 001 Н

Как сила тяжести действует на воду и в жидкостях?

Сила тяжести действует на все объекты с массой, включая воду и предметы, погруженные в жидкости. При решении задач воду часто рассматривают как единое физическое тело.

Практический совет для расчетов: Для воды удобно использовать соотношение: 1 литр чистой воды имеет массу 1 килограмм. Форма сосуда при этом не важна.

Пример расчета для воды: На 3 литра воды действует сила тяжести: Fт = m * g = 3 кг * 9,8 м/с² = 29,4 Н. Для экзамена (g=10): Fт = 3 кг * 10 м/с² = 30 Н.

Важное уточнение о среде: Величина силы тяжести не зависит от среды, в которой находится тело. Она одинакова в воздухе, воде или любой другой жидкости. Однако в жидкости на тело также действует сила Архимеда (выталкивающая сила), направленная вверх.

От чего зависит плавучесть предмета в воде? Поведение тела в жидкости определяется соотношением сил:

1. Если сила Архимеда > силы тяжести — тело всплывает.
2. Если сила Архимеда < силы тяжести — тело тонет.
3. Если силы равны — тело находится в равновесии в толще воды. Условие: это справедливо, если на тело не действуют другие силы (например, тяга двигателя или натяжение троса).

Связь силы тяжести и массы тела

Для решения школьных задач на ОГЭ и ЕГЭ можно использовать упрощение. Поскольку ускорение свободного падения (g) принимается постоянным (10 м/с²), сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. Чем больше масса, тем больше сила тяжести, действующая на него.

Задачи на тему «Сила тяжести» с решениями

Практика помогает закрепить теорию. Решите две задачи и проверьте свои ответы.

Задача 1: Сравнение силы тяжести

Определите, на какое тело в каждой паре действует большая сила тяжести. Для ответа сравните массы тел.

1. Гиря 5 кг и мяч 500 г.
2. Автомобиль 1,5 т и велосипед 15 кг.

Задача 2: Расчет силы тяжести

Вычислите силу, с которой Земля притягивает следующие объекты. Используйте для расчетов g = 10 м/с².

1. Ученик массой 45 кг.
2. Книга массой 300 г.
3. Легковой автомобиль массой 1,2 т.

Ответы для самопроверки

К задаче 1: Большая сила тяжести действует на тело с большей массой.

1. Гиря 5 кг (масса 5 кг > 0,5 кг).
2. Автомобиль 1,5 т (масса 1500 кг > 15 кг).

К задаче 2: Расчет по формуле Fт = m * g, где g=10 м/с².

1. Ученик: Fт = 45 кг * 10 м/с² = 450 Н.
2. Книга: m = 300 г = 0,3 кг. Fт = 0,3 кг * 10 м/с² = 3 Н.
3. Автомобиль: m = 1,2 т = 1200 кг. Fт = 1200 кг * 10 м/с² = 12 000 Н (12 кН).

Дополнительные материалы по физике и другим предметам Больше готовых конспектов, разборов формул, задач с решениями и материалов для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по физике, математике и другим школьным предметам вы найдете в нашей базе знаний на сайте https://edu-life.tech.