Не смотрите,что для педВУЗов.см на год(1965).Изучение начать с 6 страницы.Счастливой ботвы! (971242), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Если в момент, когда система тел (скажем, космический корабль н космонавт) приобрела состояние невесомости, тела двигались с общей скоростью о„, то они и далее будут двигаться с общей скоростью. Ведь единственная действующая на них сила сообщает им одинаковые ускорения, не создавая в телах деформаций и ие вызывая относительного движения тел. Для того чтобы космонавт начал перемещаться в кабине корабля, он должен оттолкнуться от его стенок. В короткий момент соударения в телах возникнут деформации и силы, создающие ускорения.
Рис. 69. Состояние невесомости. Но как только соударение закончится, силы исчезнут и космонавт будет двигаться, как будто сила тяготения отсутствует, как бы плыть внутри кабины (рис. 69). В состоянии невесомости тела движутся под действием силы— силы тяготения, но без деформаций, так как эта сила целиком проявляется динамически, полностью «расходуется» на сообщение телу ускорения. Подставив в формулу (7.29) значение ускорения свободного падения на поверхности Земли у экватора и величину земного радиуса, получим, что, для того чтобы тело могло облететь Землю, т. е.
стать спутником Земли, оставаясь на нулевой высоте, ему надо сообшить скорость и„= 7,8 кмlсек. Эта скорость носит название первой космической скорости. Практически она неосуществима вследствие сопротивления, которое оказывает движушемуся телу земная атмосфера. Как следует из главы 11, 2 3, с удалением тела от земной поверхности ускорение свободного падения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. На высоте Ь ускорение свободного падения равно: Рг Ив=- йо. — (р+ а)г Если тело на этой высоте движется с круговой скоростью ог, то центростремительное ускорение его меньше, чем у поверхности Земли, и равно: г ов 1" =, 132 Приравнивая правые части обоих выражений, найдем скорость при которой наступает состояние невесомости на высоте Ь: (7,30) Подсчитанные по формуле (7.30) скорости искусственных спутников Земли для различных высот и соответствующие им периоды обращения даны в таблице 2.
Таблица 2 Характерные космические скорости Скорость о, высвобождения из паля тяготения Земли, км/сек Время полного оборота спутника Т, ч Высота орбиты нан поверхностью Земли, км Орбитальная скорость о,, кн/еек 10,973 !0,400 9,760 7,909 4,343 1,444 7,759 7,354 6,901 3,593 3,073 1,021 250 !000 2003 6379 35870 59000 1,49 1,75 2,12 3,98 24,00 654,00 133 С удалением от Земли орбитальная скорость спутника убывает, а период обращения растет. Для спутника с высотой орбиты 35370 км период обращения точно равен периоду обращения Земли вокруг своей оси.
Будучи запущен на такую высоту и обращаясь по орбите в направлении, противоположном вращению Земли, спутник все время будет находиться над одной и той же точкой земной поверхности. С такой «башни» видно немногим менее половины земной поверхности. Для спутника на орбите, отстояшей от поверхности Земли на расстоянии 59 /7, время полного оборота равно лунному месяцу. Луна как раз движется на таком расстоянии.
Мы рассмотрели случай, когда одно тело приобретает ускорение свободного падения д, а другое покоится или движется в том же направлении, но с ускорением /', меньшим д, и случай движения системы тел с ускорением свободного падения О = а). Рассмотрим случай, когда ускорение одного из двух тел противоположно ускорению силы тяжести. Такой случай реализуется, когда тело, скажем, поднимается в лифте и вообще движется с ускорением от центра Земли. Такое же состояние будет приобретать тело, если оно движется по кривой„ обращенной выпуклостью к Земле (например, летчик в самолете выходит из пикирования или переходит с нисходящей ветви мертвой петли на восходящую). В этих случаях на тело должна действовать, помимо силы тяжести, сила /7, направленная противоположно ей и большая по величине.
Это может быть сила натяжения пружины, иа которой подвешено тело в лифте, сила давления газов на дио ракетного снаряда, тяга самолетного винта, давление кресла, на котором сидит летчик, и т. п. Если сила Я = лц», то тело покоится, так как силы (тяготения и )г), действующие иа него, уравновешены. Тело деформировано.
Распределение статических деформаций подобно распределению динамических, обусловленных движением с ускорением 1 = й, под действием упругой силы. Если ускорение 1 = — д, то Р = гл [д — ( — д) ) = 2л»д, т. е, тело движется с ускорением 2й'. Деформации в нем возрастают так, что сила давления со стороны тела на опору (вернее, на тело, сообщающее ему ускорение 1) будет равна 2 пш. Вес тела возрастет в два раза. Вследствие этого тело в поле силы тяжести испытывает перегрузки. Полет любого космического аппарата обычно разделяют на два этапа.
Первому соответствует так называемый участок траектории выведения аппарата, На этом участке космическая ракета или ракета-носитель сообщает аппарату необходимую скорость в заданном направлении. На втором участке, так называемом орбитальном, движение происходит под действием только сил тяготения со стороны окружающих небесных тел. На участке выведения спутник или космический корабль за счет силы тяги реактивных двигателей ракеты-носителя приобретает ускорение против ускорения силы тяжести и набирает вертикальную скорость. В это время на иих действуют направленные вниз сила тяжести и сопротивление атмосферы, а также направленная вверх сила тяги.
Ускорение 1 значительно превосходит ускорение свободного падения д. Допустимыми считают ускорения до 9 — 10 л. При этом вес тела в кабине корабля и корпус корабля находятся под действием сил в — раз больших, чем когда оии покоились относительно Земли. л+! Зти силы и вызвавшие их деформации обусловлены тем, что, помимо земного тяготения, на них действуют силы давления со стороны газов или корпуса ракеты. Когда корабль достиг скорости и„ или другой, необходимой для его полета, двигатели выключаются. Обычно при этом корабль уже оказывается на высоте, где плотность атмосферы мала и сопротивление движению практически отсутствует. Корабль и находящиеся в ием тела дальше движутся только под действием сил тяготения (Земли, Луны или других планет и Солнца).
Вследствие этого наступает состояние невесомости. Тела перестают давить на опоры и «повисают» в воздухе, если из-под них убрать опору; отвесы покоятся в положении, в котором их установили; вода не выливается из наклоненной бутыли, ее надо »выдавливать», что- 134 бы перелить в стакан; спичка не горит, так как газообразные продукты сгорания не поднимаются «вверх» ~ведь направление <вверх» и «вниз» в состоянии невесомости отсутствует) и не освобождают доступ кислороду; тела, которым сообщена начальная скорость относительно кабины космического корабля, движутся прямолинейно и равномерно в любом направлении, пока не столкнутся с другими телами; космонавт легко «поднимает» груз весом в сотни килограммов и перемешает его в кабине.
ГЛАВА Ч111 ЭНЕРГИЯ. РАБОТА. МОЩНОСТЬ э 1. ЭНЕРГИЯ. РАбОТА Выше мы ввели в качестве меры механического движения тела количество движения. Применение такой меры допустимо, если передача механического движения от одного тела к другому происходит без превращения в другие формы движения материн (точнее, когда такими превращениями можно пренебречь). Допустим, два одинаковых шарика из пластилина движутся с равными по абсолютной величине скоростями навстречу друг другу. После столкновения шарики останавливаются.
До удара они двигались, после удара покоятся. Закон сохранения количества движения при этом выполнен: до удара сумма количеств движения была равна нулю (то — тп = О) и после удара осталась равной нулю (и О+ гп 0=0). Нодоудара шары двигались, а после удара они неподвижны. Рассматривая количество движения как универсальную меру движения, мы должны были бы сделать ложный вывод об исчезновении движения, которым обладал каждый шар в отдельности. Однако если произвести измерение температуры шарон до и после столкновения, то можно обнаружить, что их температура в результате удара повысилась.
Другими словами, механическое движение шаров не исчезло, а перешло в молекулярную форму движения вещества, из которого изготовлены шары. В результате трения механическое движение также «исчезает», переходя в теплоту. При вращении ротора электрического генератора механическое движение преобразуется в электромагнитное движение.
Это преобразование легко показать на простом опыте. Положим, электрический генератор, в цепь которого включена электрическая лампа, приводится в действие падающей гирей. При разомкнутой цепи гиря движется с некоторой скоростью п, под действием результирующей двух сил: тяжести и трения. Но стоит замкнуть электрическую цепь, как скорость падения гири уменьшается до и». Следовательно, часть механического движения действительно преобразуется в электромагнитное. 136 Быстро летящий электрон при известных условиях излучает свет и при этом тормозится и т.
д. Механическое движение не исчезает, а переходит в эквивалентное количество других видов движения материи. Существенно важно то, что эти переходы осуществляются в строго определенных количественных соотношениях. Количественная определенность соблюдается и для любых других переходов одного вида движения материи в другой: теплового в механическое, электромагнитного в световое и т. д. Естественно предположить, что должна существовать общая мера количества движения для всех видов движения материи. Такая мера носит название энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
