Так что центр тяжести (а точнее центр инерции) любой взлетающей ракеты и всех космических аппаратов ни на мгновение не покидал Землю, а располагается где-то у центра нашей планеты.
С каким ускорением летит парашютист?
Иногда коварные учителя физики задают простой вопрос: а какое ускорение при спуске на землю имеет парашютист? Вопрос очень простой, но каверзный, а самое главное позволяет посмотреть на ускорение в новом свете.
Итак, вот парашютист начал свой свободный полет, выпрыгнув из самолёта, и вскоре открывает парашют. Представим, что движение к земле происходит с некоторым очень малым ускорением хотя бы 0,1 м/с
2
Но, как мы знаем, парашютисты благополучно приземляются, выпрыгнув в любой высоты. Отсюда мы можем сделать вывод, что скорость парашютиста равномерна!
Кстати, здесь можно обратить внимание на связь ускорения, времени и пути: тело, имея даже крошечное ускорение, но обладая большим запасом времени, может приобрести колоссальную скорость. Например, космический аппарат, имея ускорение всего в 1 мм/с
2
Поэтому не стоит свысока смотреть на малые ускорения дайте им время, и они сделают большую работу! А парашютист снижается с постоянной скоростью, и только по этой причине он может без вреда для здоровья спуститься с небес на землю.
Что делает космический спутник летит или падает?
Говоря о космических аппаратах и о космических телах вообще, мы привыкли использовать слово «полёт» спутник летит вокруг Земли, а сама Земля летит вокруг Солнца. Однако законы небесной механики нам говорят, что космические тела скорее не летят, а падают! И вы сейчас поймёте, что это действительно так.
Начнём с самого простого: возьмите камень, влезьте на гору, и бросьте его горизонтально камень полетит по дуге, и упадёт на землю. Вновь возьмите и бросьте камень, но теперь сильнее камень полетит дальше, но всё равно упадёт. Так, раз за разом бросая камень со всё возрастающей силой, вы добьётесь того, что он никогда не упадёт, а примерно через полтора часа прилетит вам в спину (и он сделал бы так, не будь у нашей планеты атмосферы). Проще говоря, вы сделаете из камня искусственный спутник Земли для этого вам пришлось разогнать камень до так называемой первой космической скорости, равной примерно 7,9 км/с.
При наблюдении за полётом камня можно заметить интересную особенность: камень всегда летит по дуге, и в первую секунду путь его под действием силы притяжения отклонится от горизонтали на 5 метров. Это происходит независимо от скорости полёта, и даже наш камень-спутник, проделывая 7,9 км в каждую секунду, отклоняется от воображаемой касательной на 5 метров. Но, в отличие от других камней, спутник не падает на Землю, а всегда оказывается на одной высоте над её поверхностью.
Мысленный эксперимент Ньютона бросание тел с горы со всё возрастающей скоростью
Кстати говоря, этот мысленный эксперимент придумал ещё Исаак Ньютон, и именно ему принадлежит идея о возможности полёта тел вокруг Земли.
К чему все эти рассуждения? А к тому, что, как и другие камни, наш камень-спутник не просто летит вокруг Земли он на неё падает! И пока его скорость не станет меньше 7,9 м/с, он не упадёт те самые 5 метров падения по вертикали компенсируются высокой скоростью по горизонтали, и Земля постоянно как бы уходит из-под ног нашего спутника.
Так на Землю падают и не могут упасть все космические тела, в том числе и Луна. А сама Земля в своём орбитальном движении падает на Солнце, но из-за орбитальной скорости около 30 км/с остаётся почти на одинаковом расстоянии от светила. Этому закону подчиняются вообще все тела, движущиеся в поле тяготения начиная от крошечных метеоритов, и завершая огромными галактиками, которые сталкиваются друг с другом.
Что такое баллистический маятник?
Как определить скорость пули, тягу реактивного двигателя или эффективность взрывчатки? Может показаться, что это очень сложная задача, однако в действительности всё довольно просто. Нам на помощь приходят элементарные законы физики и простейший прибор баллистический маятник.
В самом простом случае баллистический маятник представляет собой мешок или ящик с песком, подвешенный на одном или нескольких подвесах. Как понятно из названия, маятник может раскачиваться на подвесах. Масса маятника должна быть строго известной, иначе эксперименты будут давать ошибку.
Итак, встанем на некотором расстоянии от маятника, и выстрелим в него маятник в момент попадания пули отклонится и поднимется на некоторую высоту. Измерив эту высоту и проделав несложные вычисления, можно узнать скорость пули. Как это возможно? Благодаря закону сохранения количества движения.
Баллистический маятник. До удара он покоится, после столкновения с движущимся снарядом отклоняется назад
Снаряд и маятник можно считать замкнутой системой, в которой не участвуют внешние силы (сопротивлением воздуха можно пренебречь), а в любой замкнутой системе действует закон сохранения количества движения. В начале эксперимента пуля была подвижной, а маятник неподвижным, затем пуля передала маятнику некоторый импульс, в результате чего маятник приобретает скорость и отклоняется при всём этом общее количество движения системы осталось неизменным.
Но как высота подъёма маятника связана со скоростью пули? Всё дело в той кинетической энергии, которую приобретает маятник от пули в наивысшей точке подъёма маятника вся его кинетическая энергия переходит в потенциальную. Измерив высоту подъёма, мы рассчитаем потенциальную энергию маятника (по формуле E=mgh, где m масса маятника вместе с пулей, h высота полёта, а g ускорение свободного падения), отсюда найдём кинетическую энергию (E=mv2/2, где v скорость движения маятника), а значит скорость движения маятника. Наконец, закон сохранения количества движения (исходя из соотношения mv=(M+m)v1, где m масса пули, M масса маятника, v скорость пули, v1 скорость маятника после попадания пули) поможет из скорости маятника получить скорость пули.
Сегодня существует масса разновидностей баллистических маятников они выполняются в виде небольших пушек с зарядами, в виде стендов с реактивными двигателями, и т.д. Но все они основаны на одних законах, поэтому позволяют легко измерять скорости, импульсы и многие другие физические величины различных предметов и приборов.
Как фигурист изменяет скорость своего вращения?
Наверняка, вы не раз видели, как фигуристы выполняют самые удивительные трюки это красиво и очень интересно. Но обращали ли вы внимание на то, как фигуристы вращаются? Вот спортсмен закручивается с раскинутыми руками, затем притягивает руки к груди, и резко увеличивает скорость вращения это они могут проделывать в полёте, в приседе, и даже в паре. Но как у фигуристов получается так раскручиваться, ведь они, кажется, даже не прилагают для этого особых усилий?
Фигуристы опираются на закон сохранения момента импульса (или закон сохранения углового момента), который сводится к следующему: каждое вращающееся тело имеет некоторое количество движения, или момент импульса, который без воздействия внешних сил со временем остаётся неизменным. Для вращающегося тела также присуща ещё одна величина момент инерции, который зависит от массы и конфигурации тела. Например, большой маховик обладает высоким моментом инерции, так как вращающаяся масса находится на некотором расстоянии от центра вращения такой маховик трудно раскрутить и не менее трудно остановить. А стержень такой же массы имеет гораздо меньший момент инерции, так как вся вращающаяся масса сосредоточена у оси вращения.