Закон силы сопротивления

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Закон силы сопротивления». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.

Содержание:

Мифические способности Супермена — американского супергероя поражают читателей комиксов. Хорошо известно, что Супермен получает свою энергию, поглощая солнечный свет, но сколько же энергии требуется ему для совершения его героических повседневных дел?

Электрическое сопротивление, Закон Ома, формула.

С целью определения сил сопротивления потребуется применение третьего закона Ньютона. Такая величина, как сила сопротивления, будет численно равной силе, которую потребуется приложить с целью равномерного движения предмета по горизонтальной ровной поверхности. Это становится возможным с помощью динамометра.

Таким образом, искомая величина оказывается прямо пропорциональной массе тела. Стоит при этом учитывать во внимание, что для более точного подсчета потребуется выбрать $u$ коэффициент, зависимый от материала изготовления опоры. Также принимается во внимание материал изготовления самого предмета исследования. При расчете применяется постоянная $g$, чье значение 9,8 $м/с^2$.

Существуют такие разновидности сил сопротивления:

Сила сопротивления качению $P_f$, зависимая от таких факторов, как: разновидности и состояния опорной поверхности, скорости движения, давления воздуха и пр. Коэффициент сопротивления качению $f$ зависеть при этом состояния и типа опорной поверхности. С повышением температуры и давления, указанный коэффициент уменьшается.
Сила сопротивления воздуха (лобовое сопротивление) $Р_в$ возникает за счет разницы давлений. Данный показатель окажется тем выше, чем большим будет вихреобразование как в передней, так и в задней части объекта движения. Величина вихреобразования будет зависеть от формы движущихся тел.

Алгебра 8 Макарычев Контрольная 10
Алгебра 8 Макарычев Контрольная 9
Алгебра 8 Макарычев Контрольная 8
Алгебра 8 Макарычев Контрольная 7
Каменный век на территории России
Геометрия 8 Атанасян Самостоятельная 2
Урок 7. Решение задач: Параллелограмм

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

Пользуясь рисунком 71, расскажите, как при помощи опыта устанавливают зависимость силы тока в участке цепи от сопротивления этого участка.
Какова зависимость силы тока в проводнике от сопротивления этого проводника?
Как формулируется закон Ома?
Как выразить напряжение на участке цепи, зная силу тока в нём и его сопротивление?
Как выразить сопротивление участка цепи, зная напряжение на его концах и силу тока в нём?

Напряжение на зажимах электрического утюга 220 В, сопротивление нагревательного элемента утюга 50 Ом. Чему равна сила тока в нагревательном элементе?
Сила тока в спирали электрической лампы 0,7 А, сопротивление лампы 310 Ом. Определите напряжение, под которым находится лампа.
Каким сопротивлением обладает вольтметр, рассчитанный на 150 В, если сила тока в нём не должна превышать 0,01 А?
Определите по графику (см. рис. 69) сопротивление проводника.
Рассмотрите рисунок 71 и таблицу результатов опыта, выполняемого в соответствии с этим рисунком. Что изменится на рисунке и в схеме электрической цепи, когда будут проводиться опыты № 2 и 3, указанные в таблице 7?
По показаниям приборов (см. рис. 70) определите сопротивление проводника АВ.
На рисунке 73 изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и Б. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением? Определите сопротивление каждого из проводников.

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10^-19Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

от 1 дня / от 700 р.

Узнать стоимость

Новости сайта
3D модели для ArtCam (обновления, новости)
Подписка на новости
Обмен ссылками

История открытия сопротивления материалов напрямую связана с вольт-амперной характеристикой. Что это такое? Возьмем цепь с постоянным электрическим током и рассмотрим любой ее элемент: лампу, газовую трубку, металлический проводник, колбу электролита и т. д.

Меняя напряжение U (часто обозначается как V), подаваемое на рассматриваемый элемент, будем отслеживать изменение силы тока (I), проходящего через него. Как итог, мы получим зависимость вида I = I (U), которая носит название «вольт-амперная характеристика элемента» и является прямым показателем его электрических свойств.

Вольт-амперная характеристика может выглядеть по-разному для различных элементов. Самый простой ее вид получается при рассмотрении металлического проводника, что и сделал Георг Ом(1789 — 1854).

Исследования Ома по изучению вольт-амперных характеристик проводников показали, что сила тока внутри металлического проводника пропорциональна разности потенциалов на его концах (I ~ U) и обратно пропорциональна некоему коэффициенту, то есть I ~ 1/R. Этот коэффициент стал называться «сопротивление проводника», а единица измерения электрического сопротивления — Ом или В/А.

Закон Ома говорит, что сила тока (I) отдельно взятого участка цепи пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Следует заметить, что в таком виде закон остается верным только для однородного участка цепи. Однородной называется та часть электрической цепи, которая не содержит источника тока. Как пользоваться законом Ома в неоднородной цепи, будет рассмотрено ниже.

Экспериментальным методом было установлено, что сопротивление электрического тока проводника зависит от его размеров: длина, ширина, высота. А также от его формы (сфера, цилиндр) и материала, из которого он сделан. Таким образом, формула удельного сопротивления, например, однородного цилиндрического проводника будет: R = р*l/S.

Если в этой формуле положить s = 1 м² и l = 1 м, то R численно будет равен р. Отсюда вычисляется единица измерения для коэффициента удельного сопротивления проводника в СИ — это Ом*м.

Как вы уже знаете, электрический ток имеет аналогию с гидравликой. Напряжение – это уровень воды в башне. Сопротивление – это труба или шланг. Сила тока – это объем воды за какой-то период времени.

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Впервые данный закон был официально зафиксирован и сформулирован в восемнадцатом веке, благодаря сделанному сейчас уже широко известным всем Георгом Симоном Омом открытию. Благодаря данному закону получило грамотное и исчерпывающее объяснение наличие количественной связи между тремя фигурирующими в определении параметрами. Зависимость рассматривается как пропорциональная. Когда данное явление только было выявлено, закон несколько раз формулировали. В итоге сейчас всем известно данное определение: «величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению».

Для лучшего понимания разделим определение на две части и разберём отдельно более понятным языком смысл каждой.

Первая часть определения указывает на то, что если на определенной отрезке цепи происходит количественный скачок напряжения, то величина тока также увеличивается на данном участке. Важно упомянуть, что становится больше и величина тока на заданном участке цепи.
Концовка определения расшифровывается также просто. Выше напряжение – меньше сила тока.

Итоговая формула не видоизменяется вовсе. Обычно сопротивление в данном законе является явной характеристикой проводника, потому что это значение не постоянная величина: в зависимости от материала и других параметров число может увеличиваться или уменьшаться. Закон применим как при расчёте с использованием металлов, так и растворов электролитов, однако существует важный нюанс: в цепи не должно быть реального источника тока, или же источник должен быть идеальным, то есть он не должен создавать дополнительное сопротивление.

При данной вариации закона выявляется значение тока при реальных условиях, то есть в настоящей полной цепи. Важно учитывать то, что получившееся в результате расчетов число зависит от нескольких параметров, а не только от сопротивления нагрузки.

Сопротивление нагрузки – внешнее сопротивление, а сопротивление самого источника тока – внутреннее сопротивление (обозначается маленькой r).

Если к цепи подключено напряжение и в цепи замечено напряжение (ток), то, чтобы поддержать его во внешней цепи, необходимо создать условия, при которых между её концами возникнет разность потенциалов. Это число будет равняться I × R. Однако важно помнить о том, что вышеупомянутый ток будет и во внутренней цепи и его также необходимо поддерживать, поэтому нужно создать разность потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность равняется I × r.

Чтобы поддержать ток в цепи, электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E = I × r + I × R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E = I(r + R)

или

I = E / (r + R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

В данной интерпретации закона не содержится в условиях ЭДС, то есть формула выглядит так:

I = U/R

Чтобы найти значение для однородного линейного проводника, выразим R через p и получим:

R = p (l/S), где за р принимаем удельное объёмное сопротивление.

Линией тока принято называть кривую, в каждой точке которой вектор плотности тока направлен по касательной к этой кривой. При таких условиях вектор плотности находится из отношения J = jt, где t – это единичный вектор касательной к линии тока.

Для лучшего понимания предположим, что удельное сопротивление, а также напряженность поля движущих сил на поперечном сечении проводника однородны. При таком условии Е однородна, а значит, и j также однородная величина. Примем произвольное значение поперечного сечения цепи S, тогда pl/s = E. Получившееся равенство умножим на dl. Тогда Edl = (Е эл.ст.+Е стор.) dl = Е эл.ст. dl + Е стор. dl = -dф + dE. Отсюда получим (pI/S) dl = -dф + dE. Возьмём в учёт, что p/s dl = dR и запишем закон Ома в интегральной форме:

IdR = -dф + dE.

Физика: формула удельного сопротивления и закон Ома

Чтобы провести анализ электрических цепей синусоидального тока, комфортнее использовать закон Ома в комплексной форме. Для лучшего понимания введем основное понятие, фигурирующее в данной интерпретации закона: синусоидальный ток – это линейные цепи с установившимся режимом работы, после того, как переходные процессы в них завершены, уровень напряжения резко уменьшается на конкретной дистанции, токи в ветвях и ЭДС источников являются синусоидальными функциями времени. В противном случае, когда данные параметры не соблюдаются, закон не может быть применим. Чем отличается эта форма от обычной? Ответ прост: токи, сопротивление и ЭДС фиксируются как комплексные числа. Это обусловлено тем, что существуют как активные так и реактивные значения напряжений, токов и сопротивлений, а в результате этого требуется внесение определенных коррективов.

Вместо активного сопротивления используется полное, то есть комплексное сопротивление цепи Z. Падение напряжения, ток и ЭДС тоже превращаются в комплексные величины. При реальных расчетах лучше и удобнее применять действующие значения. Итак, закон в комплексной форме выглядит так:

i = U/Z, i = UY

В данной формуле Z – комплексное сопротивление, Y – комплексная проводимость.

Чтобы выявить эти величины, выведены формулы. Пропустим шаги их создания и приведем готовые формулы:

Z = ze = z cosф + jz sinф = r + jx

Y = 1/ ze = ye = y cos ф — jy sin ф = g + jb

После того как Фарадей открыл электромагнитную индукцию, стали активно использовать генераторы сперва постоянного, а после и переменного тока.

Используется уже известная формула:

I = U/Z

Полное сопротивление тока – это совокупность активного, а также индуктивного и емкостного сопротивлений. Проще говоря, ток в цепи переменного тока зависит от многих параметров, в том числе от величины ёмкости и индуктивности. Полное сопротивление вычисляется по формуле.

Эксперименты с электрическими цепями, в которых были источник тока и элемент сопротивления, позволили Георгу Ому установить некоторые закономерности, которые легли в основу закона, названного его именем. Приведем их:

При увеличении напряжения сила тока на участке цепи возрастала линейно.
Сила тока уменьшалась при увеличении сопротивления участка.

Расчет различных параметров электрических цепей постоянного и переменного тока Расчет электрических цепей

Закон Ома простыми словами — формулировка для участка и полной цепи

Математические калькуляторы: корни, дроби, степени, уравнения, фигуры, системы счисления и другие калькуляторы. Математические калькуляторы Закон Ома для участка цепи — определяет связь между такими величинами как сила тока, напряжение и сопротивление внутри проводника в электрической цепи. Закон Ома для участка цепи. Расчет мощности, времени и энергии, онлайн калькулятор. Мощность, время, энергия, онлайн расчет

Одним очень важным открытием для понимания физической сущности электричества является открытый Омом закон, который выводит зависимость силы тока от напряжения. В основе закона лежит простой эксперимент. Представим, что существует простейшая цепь, которая состоит из обычной лампочки и амперметра. При добавлении в цепь большого гальванического элемента можно наблюдать, что нить накаливания лампы не нагревается и в сети практически отсутствует ток. Но если имеющийся гальванический элемент заменить свежим аккумулятором или элементом питания, то лампочка моментально загорается и ток в сети увеличивается. Замерив ток на обоих концах сети можно заметить, что при включении в сеть элемента питания напряжение значительно возрастает.

Вот здесь, товарищи, будет посложнее. Дело в том, что переменный ток вводит два понятия сопротивления: активное и реактивное. Активное сопротивление не зависит от частоты колебания напряжения, следовательно, и тока, а реактивное, наоборот, очень сильно зависит от этой частоты. Если очень просто, то к активному сопротивлению относят всё то, что не содержит индуктивности или емкости (отдельный провод, лампочка накаливания, спираль электрической плитки (хотя её нельзя назвать исключительно активным сопротивлением, однако реактивная составляющая там очень мала), лист железа и т.д.). Если вы заметили, то я указал отдельный провод, а не двух- и более жильный кабель. По сути, кабель или воздушная линия из нескольких проводов при большой длине превращается в конденсатор, где провода это обкладки конденсатора, а оболочка в кабеле или расстояние между проводами в воздушных линиях электропередачи выступают в роли диэлектрика между обкладками конденсатора. Таким образом, методы вычисления активного сопротивления для переменного и постоянного напряжения одинаковы, в то время, как реактивное сопротивление ведёт себя абсолютно по другому.

Базовая формула	P=I*E	E=I*R
Расчет напряжения	E=P/I	E=I*R	E=SQR(P*R)
Расчет силы тока	I=P/E	I=E/R	I=SQR(P/R)
Расчет мощности	P=I*E	P=E ² /R	P=I ² *R
Расчет сопротивления	R=E ² /P	R=E/I	R=P/I ²

P — Мощность (Ватт)
E — Напряжение (Вольт)
I — Сила тока (Ампер)
R — Электрическое сопротивление (Ом)
SQR — квадратный корень

Для справки:

Мы используем переменную E для обозначения напряжения, иногда вы можете встретить обозначение V для напряжения. Не дайте себя запутать названиям переменных.

На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.

Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.

Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.

Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт.

В зависимости от сопротивления увеличивается и уменьшается сила тока.

Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.

Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.

ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.

Для справки

Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток. Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.

Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.

Формула закона Ома — зависимость сопротивления и силы тока

I = E/R

Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.

Больше сопротивление = Меньше ток

* при условии что напряжение постоянно.

На изображенной схеме во всех системах сопротивление имеет одинаковую величину.
В этот раз на картинке изменяется сопротивление/давление.

Вы можете увидеть что при увеличении напряжения приводит к увеличению протекающего тока даже при постоянном сопротивлении.

Формула закона Ома — зависимость напряжения и силы тока

I = E/R

Обратите внимание что сила тока протекающего в проводнике прямопропорциональна напряжению.

Больше напряжение = Больше сила тока

* при условии что сопротивление постоянно.

Рассмотрим пример.
У нас есть аккумуляторная батарея с напряжением питания 12 Вольт. К ней напрямую подключен резистор (сопротивление) 10 Ом. Для того что бы рассчитать какая мощность приложена к нашему резистору, можно воспользоваться формулой.

P = E2/R
P = 122/10
P = 144/10.
P = 14.4 watts

Мощность рассеиваемая на резисторе состовляет 14,4 Ватта.

Если вы хотите определить величину тока протекающего через проводник, мы используем другую формулу

I = E/R
I = 12/10
I = 1.2 amps

Сила тока протекающего через цепь составляет 1,2 Ампера
—————-
Калькуляторы зависимости напряжения, силы тока и сопротивления.

Демо закона Ома в реальном времени.

Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.

Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт

Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.

В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.

§ 53. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля—Ленца

Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?
По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое проводником с током?
Как, пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое проводником с током, через силу тока, сопротивление проводника и время?
Как формулируется закон Джоуля—Ленца? Почему он носит такое название?

Какое количество теплоты выделится за 30 мин проволочной спиралью сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 А?
С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, а ещё и спаивают? Ответ обоснуйте.
Спираль нагревательного прибора — рефлектора при помощи шнура и вилки соединяется с розеткой. Шнур состоит из проводов, подводящих ток к спирали, покрытых изоляцией. Спираль и провода соединены последовательно. Как распределяется подаваемое от сети напряжение между проводами и спиралью? Почему спираль раскаляется, а провода почти не нагреваются? Какими особенностями устройства спирали и проводов достигается эта разница?
В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.

трубка для изучения свободного падения / вакуумная трубка;
монета;
перо;
клейкая лента;
рулетка или сантиметровая лента;
видеокамера и программа для редактирования видео (по желанию).

Отмерьте на стене 180 см от пола и отметьте через каждые 30 см кусочком клейкой ленты.
По желанию: включите видеокамеру для записи эксперимента. Установите камеру на высоте приблизительно 120 см от пола, чтобы она располагалась в одной плоскости с падающим объектом.
Возьмите монету и перо, бросьте их с высоты 90 см. Какой предмет упадёт первым?
Увеличивайте высоту на 30 см каждый раз. Что происходит со скоростью монеты и пера по мере увеличения высоты?
Установите трубку для свободного падения, поместите перо и монету в камеру. Запечатайте её и откачайте воздух из трубки, чтобы создать вакуум.
Поверните трубку так, чтобы перо и монета оказались в одном конце. Быстро разверните трубку на 180°, чтобы монеты и перо упали в другой конец трубки. Какой предмет окажется в другом конце первым?
Если вы записывали эксперимент на видео, подсчитайте скорость (м/с). Для этого, используя программу для редактирования видео, посмотрите его в замедленном варианте. Используйте отметки на стене и часы или таймер, чтобы определить скорость падения предметов с разной высоты, а также внутри трубки.

Что такое свободное падение? Что изменилось, когда мы поместили монету и перо в трубку с вакуумом?

Проект «Свободное падение. Невесомость в лифте»

Во время пребывания на космической станции космонавтам приходится сталкиваться с многочисленными неординарными ситуациями. Вероятно, одно из главных отличий жизни там наверху и здесь внизу – это ощущение «невесомости». Ничего не остаётся на месте, даже вы! Нет гарантии, что вода потечёт вниз, и если вы не пристегнёте себя к кровати, можете проснуться в кладовой.

Многие люди считают, что космонавты пребывают в невесомости, потому что там нет гравитации. Но как оказалось, космическая станция подвержена воздействию гравитации. Иначе как бы она оставалась на орбите? Фактически, гравитация Земли воздействует на космическую станцию на 10% меньше, чем на поверхности. Что же на самом деле происходит?

Когда что-то находится на орбите, говорят, что этот объект в состоянии свободного падения – он падает через пространство, без какого-либо противодействия. Но он падает в том же темпе, в котором поверхность Земли удаляется от него по кривой. Если объект падает вертикально на 30 метров, он также движется на таком же расстоянии от поверхности Земли по горизонтали. Обычно спутники падают, не ударяясь о землю.

В этом эксперименте вы сможете убедиться, как свободное падение, а также некоторые виды вертикального движения, изучаемые в физике, влияют на кажущийся вес объекта.

Цель — изучить, как падение влияет на вес объекта.

бумажный или пластиковый стакан;
вода;
ведро или раковина;
пружинные весы;
небольшая масса;
лифт.

Для начала изучите падение воды.
Сделайте пару отверстий в дне чашки, наполните её водой. Понаблюдайте за тем, что происходит.
Теперь бросьте чашку в ведро. Каким образом изменился поток воды из чашки в воздухе?
Теперь можно исследовать, что происходит с весом в лифте.
Поместите предмет с небольшой массой на весы, определите его вес.
Держите весы возле пола, а затем быстро (но плавно) поднимите. Что происходит с весом?
Держите весы высоко в воздухе, а затем быстро (но плавно) опустите вниз. Что происходит с весом? Есть ли разница между этими двумя случаями?
Поднимитесь и спуститесь на несколько этажей в лифте. Возьмите с собой весы и предмет с небольшой массой.

В первой части опыта сразу после того, как вы налили воду в чашку, она начинает вытекать через отверстия на дне. Однако после того, как вы бросили чашку вниз, вода перестала вытекать во время падения.

Во второй части опыта вес заметно увеличивается, когда вы поднимаете весы вверх, и уменьшается, когда вы их опускаете. То же самое происходит в процессе проведения эксперимента в лифте. Почему? Говорят, будто в 1589 году Галилей бросил два мяча разной массы с Пизанской башни и заметил, что они упали на землю одновременно. Когда астронавт Дэвид Скот шагнул на поверхность Луны в 1971 году, он воспроизвёл эксперимент Галилея в практически полном вакууме атмосферы Луны, используя перо и молот. И действительно, оба предмета упали на поверхность одновременно!

Возможно, это звучит весьма парадоксально. Вы можете подумать, что гравитация больше влияет на молот и заставляет его упасть быстрее. Действительно, молот сильнее подвержен гравитационному ускорению, чем перо. Однако из-за того, что молот обладает более высокой массой, для любой силы (включая гравитацию) его сложнее сдвинуть с места. Постарайтесь толкнуть магазинную тележку и автомобиль, прилагая одинаковые усилия, и посмотрите, что будет поддаваться легче. Сопротивление движению отменяет более высокую гравитационную силу.

Когда вы бросаете чашку, вода и чашка падают с одинаковой скоростью. Вода вытекает, но чашка её подхватывает! Удивительно, но вода моментально задерживается внутри протекающей чашки.

То же самое происходит с космонавтами на борту космического корабля. Они кажутся невесомыми не по причине отсутствия гравитации, а потому что, как уже упоминалось ранее, они всё время пребывают в состоянии падения. То же самое происходит и со всем, что находится на борту: инструментами, продуктами питания, одеждой. Космонавты на космической станции подобны воде в чашке. Они падают вместе со станцией и могут находиться в состоянии невесомости.

Второй эксперимент идёт следом. Вес – это просто сила, воздействующая на ваше тело, благодаря гравитации. Когда вы поднимаете весы вверх, сила ваших рук должна преодолеть гравитационную силу. В этом случае вес кажется больше. Вес в процессе движения называется кажущимся весом, поскольку во внимание принимаются и другие силы гравитации. Когда вы опускаете весы вниз, сила ваших рук уменьшает силу гравитации и кажущийся вес снижается.

Что произойдёт с весом, если вы поднимете весы, а затем бросите их? Как это перекликается с первым экспериментом?

Эксперимент в лифте не отличается, только в данном случае моторы лифта делают работу за вас. Как вы думаете, что бы произошло, если бы кабель лифта порвался?

друг или помощник;
маленький мяч;
линейка;
денежная купюра;
секундомер;
блокнот и карандаш.

Пусть ваш друг возьмет в руки линейку, так чтобы сторона, на которой отмечен «0», находилась сразу над вашей рукой.
Он должен включить таймер сразу после того, как выпустит из рук линейку и остановить таймер сразу, когда вы её поймаете.
Запишите расстояние и время.
Повторите несколько раз, бросая линейку с разной высоты. Как взаимосвязаны время и расстояние, пройденное предметом?
Запишите результаты, постройте график. Время будет отмечено на оси x, а расстояние, пройденное предметом, будет отмечаться на оси y.
Используйте следующее уравнение, чтобы подсчитать время, которое потребуется для того, чтобы линейка упала. Насколько близки ваши результаты и показатели секундомера?

d=g*t²/2,

где d – это расстояние, пройденное объектом, в метрах,
g – ускорение свободного падения,
t– время в секундах.

Рассчитайте ускорение в каждом пункте графика. Насколько оно совпадает с ускорением свободного падения на Земле?

a=2d/t².

Повторите эксперимент с денежной купюрой. Используйте вышеупомянутое уравнение, чтобы подсчитать, сколько времени понадобится для того, чтобы купюра прошла через ваши пальцы по всей длине. Сможете ли вы поймать её?

Падают ли все объекты с одинаковой скоростью? Имеет ли значение вес объекта для скорости падения тела? Как связаны расстояние и время свободного падения объектов? Как определить силу свободного падения?

График результатов показывает, что проделанное расстояние пропорционально квадрату времени, затраченному в процессе падения. В результате расчётов ускорения вы должны получить примерно 9,81 м/с². Время реагирования человека составляет приблизительно 0,25 секунды, что для большинства людей не достаточно быстро, чтобы успеть ухватить купюру. Почему? График, который вы построили, покажет, что чем дольше падает линейка, тем быстрее она прекращает движение. Это объясняет кривая на графике: из-за постоянного ускорения, вызванного силой гравитации, скорость объекта будет расти быстрее.

При свободном падении ускорение всех тел одинаково, этот факт объясняется тем, что сила тяжести пропорциональна массе Земли. Также, при этом, сила гравитации Земли, тянущая вниз, и сила сопротивления воздуха, подталкивающая вверх, равны. Хорошей аналогией будет полет парашютиста: несмотря на то, что гравитация всё ещё действует на его тело, скорость его падения не настолько большая, поскольку сила воздуха поддерживает его. В этом эксперименте сопротивление воздуха и торможение не являются главным вопросом, поскольку объекты падают на очень короткие расстояния.

маленький твёрдый мяч (как мяч для гольфа);
большая прозрачная коробка с песком внутри;
высокое здание с окнами на одной стороне или лестницей (пожалуйста, будьте осторожны);
линейка и метровая линейка;
весы;
друг, который вам поможет;
ручка и бумага для записей.

Взвесьте мяч на весах, запишите результаты.
Измерьте расстояние от того места, с которого вы собираетесь бросить мяч, до поверхности песка. Начните с небольшой высоты. Запишите расстояние.
Просто уроните мяч, прямо в песок. Не прилагайте усилий. То есть, не бросайте мяч.
Осторожно возьмите мяч из песка, измерьте глубину выемки, которую он проделал, если таковая имеется.
Затем повторите шаги 2-4, но увеличивайте высоту. Помните, что нужно просто ронять мяч, а не бросать, поскольку это повлияет на результат.
Теперь мы собираемся узнать силу удара с разной высоты. Помните, что гравитация всегда составляет 9,81 м/с² (метр на секунду в квадрате). Мы подсчитаем скорость в момент удара при помощи этой формулы:

v=√2gh(квадратный корень),

где g – гравитация,
h – высота, с которой роняли мяч (которую нужно был записать).

Это покажет скорость непосредственно перед столкновением с поверхностью земли.
Чтобы подсчитать кинетическую энергию (в джоулях), нам понадобится следующая формула:

KE=mv²/2,

где m – масса объекта в килограммах,
v – скорость.

Чтобы вычислить среднюю силу удара (в ньютонах) используется принцип работы энергии:

d = расстояние после столкновения (которое вы должны измерить в песке). Так в каком случае сила удара была выше?

Таблица

Расстояние	Расстояние после удара
___________м
___________м

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в этом определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (измеряется в Кулонах). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.