Вопрос по физике

[dims]

Если такой вопрос, то рассмотрение сложнее. На ведро действуют две силы -- сила натяжения верёвки и сила притяжения Земли. При некоторой скорости вращения, верёвка описывает в пространстве конус. Это значит, что сила, с которой она действует на ведро, может быть представлена как сумма (векторная) двух сил, одна из которых направлена горизонтально к оси вращения, а другая -- вертикально вверх. Эта вторая компонента силы в точности равна силе тяжести, поэтому ведро не опускается (и не поднимается).

Если мы раскрутим ведро быстрее, то для удержания его на орбите нам придётся прикладывать бОльшую силу, так как быстро двигающиеся тела как бы инертнее медленно-двигающихся по отношению к изменению направления их движения.

Это значит, что сила натяжения верёвки возрастёт и равновесие между её вртикальной составляющей и силой тяжести, которая не изменилась, получится при более широком растворе конуса. То есть, ведро должно подняться.

Здесь я рассмотрел два состояния и объяснил, почему они должны быть такими. Но я не рассматривал, как постепенно происходит раскручивание и поднятие ведра, так как это довольно сложно. Возникает куча всяких сил, для раскручивания приходится смещать точку привязи, чтобы сила натяжения не была перпендикулярна скорости ведра, чтобы оно ускорялось ещё и вдоль траектории и т.д. Фактически, ведро поднимается не само, а его поднимает человек, инстинктивно находя новое устойчивое состояние движения, выдавая на верёвку множество "команд" с обратной связью.

[serega2007]

Ну вот , теперь я хотябы понял , почему вчера заснул с ведром в голове . ( шутка) . Я уж старался себя не выдать , но уж как получилось .  Серега .

[Андрей Н.]

не получается, чтобы на скорости 100км/ч туда, а после разворота с той же скоростью обратно без дополнительного разгона...

Только не после разворота как в кино, вокруг своей оси с дымом из-под колес, а после плавного поворота - хоть на 180° - будет продолжать ехать с той же скоростью!
Элементарный опыт: поставьте на стол загородку из картонной полоски, согнутой дугой в полокружности. Теперь запустите по столу шарик от подшипника так, чтобы он въехал в эту загородку вдоль ее начала.
Он объедет ее и выкатится в обратном направлении практически с той же скоростью!
Примерно так комета "объезжает" вокруг Солнца. А если еще загородку согнуть не дугой, а параболой, и поверхность стола согнуть параболой вниз - модель кометы получится почти точной!

[Андрей Н.]

...модель кометы получится...

Вообще, когда я только знакомился с компъютером и программированием, мне очень нравилось делать такие модели - не просто расчитать траекторию, у чтобы видно было как что движется. Упрощенно конечно, но очень познавательно. Как говорится, лучше один раз увидеть...
Помните, много лет назад мы здесь обсуждали вопрос разгона космического аппората солнечным парусом? Я тогда выкладывал получившуюся у меня траекторию из десятков все более и более вытягивающихся эллипсов... А как здорово было это видеть в движении на экране!

[serega2007]

 Андрей ! А во что превратятся все формулы законов Кеплера для шарика летящего строго вниз на невращающейся планете , или  еще более " экзотический "случай  - оба тела точки , но с массой и законом Ньютона .                     Серега .

[IKM]

Невесомость возникает потому, что гравитация-резиночка как бы привязана ко всем предметам внутри корабля одинаково. Не только ко всем предметам, но даже ко всем клеточкам человеческих тел или атомам. И, когда она заставляет весь корабль заворачивать по кругу, то все предметы внутри корабля она тоже заставляет поворачивать по тому же кругу. Из-за этого, относительно корабля, все предметы никуда не стремятся и им кажется, что они в невесомости. Космонавты тоже не чувствуют никакой силы, потому что она одинаково тянет все клетки их тел и корабль тоже. Они не замечают ни тяги, ни какого-то смещения (если только сами не оттолкнутся от стены).
[/quote]

Уважаемый dims, Вы очень понятно все объяснили, но Википедия дает следующее объяснение невесомости:
«Состояние невесомости на МКС возникает за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, в результате чего сила притяжения уравновешивается центробежной силой.» А оказывается никакой центробежной силы нет! Значит, они неверно написали?

[serega2007]

Извиняюсь , что вмешался , но здесь сразу есть неточности .
 1 При движении на ЛЮБОЙ орбите будет невесомость .
 2 Под определение 1 -й космич. скор . движение МКС не подходит .
        В быту ( я уже говорил ) с  ЦБС все легко об,яснить не вдаваясь в подробности .                   Серега .

[Андрей Н.]

...во что превратятся все формулы законов Кеплера...

Да как были они, так и останутся. Только отбросятся все лишние коэффициенты, и получится "классическая" формула свободного падения. В частности, отвесное падение - вполне можно рассматривать как движение по эллипсу. Только оооооооочень сильно сплющенному, до прямой линии.

[Quest]

... Википедия дает следующее объяснение невесомости:
«Состояние невесомости на МКС возникает за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, в результате чего сила притяжения уравновешивается центробежной силой.» А оказывается никакой центробежной силы нет! Значит, они неверно написали?

Попробую ответить за dims-а . В статье написано неправильно. Просто раньше (как говорят учителя) про эту силу инерции постоянно рассказывали школьникам (эдакая педогагическая недоработка), вот они, позврослев и пишут...

Извиняюсь , что вмешался , но здесь сразу есть неточности .
 1 При движении на ЛЮБОЙ орбите будет невесомость.

Более того, даже при обычном прыжке.

2 Под определение 1 -й космич. скор . движение МКС не подходит.
В быту ( я уже говорил ) с  ЦБС все легко об,яснить не вдаваясь в подробности .                   Серега .

Почему не подходит? Из-за того, что скорость чуть выше 1 космической? А "быт с ЦБС" нужно изживать!

P.S. Вообще-то в сообщении № 38 постарался разъяснить этот вопрос максимально просто. Но из-за шквала сообщений, его видимо, не заметили.

[Quest]

1-й закон Ньютона говорит, что все тела стремятся двигаться равномерно, прямолинейно. Это закон, т.е. описание наблюдаемого явления, а вот почему(!) оно так, не совсем понятно. Так же не понятно почему что бы сдвинуть более массивное тело надо затратить больше энергии.

Вопрос, на самом деле интересный и важный. Причём в школьный учёбниках, ответ на него зачастую не затрагивается. Если я помню правильно, (а тут лучше ещё и самостоятельно поискать), то движение при сумме внешних сил равной нулю является прямолинейным потому, что само по себе пространство плоское, а прямая линия - это и есть траектория движения тела, которому ничто не мешает. В случае же, если на тело действуют какие либо силы, сумма которых не равна нулю, то они будут либо изменять скорость его движения, либо направление движения, либо и то и другое.

Я думаю что обьяснить это можно следующим образом:
Возьмем тело в некотором пустом пространстве, где ничего вокруг нет, т.е. на него не действуют вообще никакие силы. Что бы передвинуть это тело в другое место не требуется затрачивать никакой энергии (не зависимо от его массы), т.к. положение тела изначально ничем не отличается от конечного положения.

Не совсем. Энергия - это работа, умноженная на расстояние F*a. Если на тело никаких сил не действует, то даже очень лёгким касанием вы можете придать ему некоторую скорость, которая за некоторое время позволит ему достичь нужной вам точки. После чего это тело надо будет остановить, иначе оно по прежнему будет двигаться дальше, по прямой. Так же - как и для космических аппаратов - сначала разгон у Земли, а потом - торможение у Марса.

То же самое, скажем, с электрическими зарядами, только там не масса а заряд. Теперь пусть это тело покоится, но покоится среди других тел, планет, звезд и т.д. Что бы сдвинуть его теперь, нам надо будет затратить энергию, а следовательно приложить силу, т.к. положение этого тела относительно других тел изменится, а потенциальная энергия зависит от силы гравитации, которая действует на тело, которая в свою очередь зависит от массы тела.

Да. Так.

Чем массивнее тело, тем сильнее гравитационные силы которые на него действуют и тем труднее сдвинуть это тело, т.е. противостоять тем силам которые удерживают это тело в покое.

Не совсем. Если мы рассматриваем тело, лежащее на поверхности Земли, то сдвинуть его с места "вверх" (т.е. поднять) нам и правда мешает сила тяжести. Но покатить вбок - уже сила трения.
Если же возвращаться к спутнику, то он и так носится по орбите, и если мы затратим на его разгон какую-то энергию, то его орбита просто станет чуть выше. Чем больше затратим энергии, тем быше будет орбита.
 

Это как если взять шарик и зажать его между несколькими стержнями, чем сильнее стержни давят на мячик, тем труднее его будет сдвинуть из этого равновесия.
Следовательно нет никакой "силы инерции", а есть просто силы гравитации.

Мммм... Здесь только один стержень - тот самый, что удёрживает спутник на орбите. Если бы он исчез, то спутник бы просто улетел...
А силы инерции нет. Это верно.

[IKM]

... Википедия дает следующее объяснение невесомости:
«Состояние невесомости на МКС возникает за счёт движения по круговой орбите с первой космической скоростью, в результате чего сила притяжения уравновешивается центробежной силой.» А оказывается никакой центробежной силы нет! Значит, они неверно написали?

Попробую ответить за dims-а . В статье написано неправильно. Просто раньше (как говорят учителя) про эту силу инерции постоянно рассказывали школьникам (эдакая педогагическая недоработка), вот они, позврослев и пишут...

Значит спутники не падают на землю, потому что R –достаточно большое, чтобы сила гравитации была слабой? m1- это масса земли, m2- масса спутника, F-сила гравитации при которой космический корабль известной массы не упадет на землю (интересно, какая она!)  и таким образом вычисляют R на которое можно запустить космический корабль, чтобы он не свалился на землю за некий промежуток времени, ведь как я поняла рано или поздно он бы все равно упал бы.
У меня не получилось вставить формулу закона всемирного тяготения, поэтому такое странное сообщение.

[Stepa]

Падают,  в смысле падения на поверхность небесного тела, спутники не по закону всемирного тяготения, а вопреки ему. Закон всемирного тяготения и законы Кеплера имеют дело с двумя точечными массами. И траектория камня, космического аппарата - это коническое сечение. Камень, исключая радиальное падение без горизонтальной начальной скорости, выходит на эллиптическую орбиту, только ее перигей гораздо ближе к центру Земли (если всю массу Земли сконцентрировать в ее центре, как это делает закон Ньютона). Поднимая скорость в апогее - в месте бросания, мы поднимаем перигей выше. В конце концов для реальной Земли мы можем поднять перигей так высоко, что траектория не пересечет поверхность Земли.

[Quest]

Падают,  в смысле падения на поверхность небесного тела, спутники не по закону всемирного тяготения, а вопреки ему. Закон всемирного тяготения и законы Кеплера имеют дело с двумя точечными массами. И траектория камня, космического аппарата - это коническое сечение. Камень, исключая радиальное падение без горизонтальной начальной скорости, выходит на эллиптическую орбиту, только ее перигей гораздо ближе к центру Земли (если всю массу Земли сконцентрировать в ее центре, как это делает закон Ньютона). Поднимая скорость в апогее - в месте бросания, мы поднимаем перигей выше. В конце концов для реальной Земли мы можем поднять перигей так высоко, что траектория не пересечет поверхность Земли.

С третьей страницы

[IKM]

Падают,  в смысле падения на поверхность небесного тела, спутники не по закону всемирного тяготения, а вопреки ему. Закон всемирного тяготения и законы Кеплера имеют дело с двумя точечными массами. И траектория камня, космического аппарата - это коническое сечение. Камень, исключая радиальное падение без горизонтальной начальной скорости, выходит на эллиптическую орбиту, только ее перигей гораздо ближе к центру Земли (если всю массу Земли сконцентрировать в ее центре, как это делает закон Ньютона). Поднимая скорость в апогее - в месте бросания, мы поднимаем перигей выше. В конце концов для реальной Земли мы можем поднять перигей так высоко, что траектория не пересечет поверхность Земли.

С третьей страницы

Я видела этот рисунок. Напишите тогда что значат Е, С, D? И почему они в отличие от А и В не падают? Из-за начальной скорости?

[Pluto]

Я видела этот рисунок. Напишите тогда что значат Е, С, D? И почему они в отличие от А и В не падают? Из-за начальной скорости?

Да. 

[Quest]

Я видела этот рисунок. Напишите тогда что значат Е, С, D? И почему они в отличие от А и В не падают? Из-за начальной скорости?

Е (по идее) - парабола или гипербола, по которой тело покинет Землю "на совсем".
D - эллипс у которого точка "старта" является перигелием из-за того, что начальная скорость больше, чем первая космическая (для точки старта).
С - эллипс у которого расстояние в афелии и перигелии одинаковы. Т.е. круговая орбита. Получается в редком частном случае, когда начальная скорость в точности равна первой космической.
А и B - эллипсы, для которых точка старта является точкой афелия - потому, что "стартовая" скорость меньше, чем первая космическая для точки старта.

[IKM]

Я видела этот рисунок. Напишите тогда что значат Е, С, D? И почему они в отличие от А и В не падают? Из-за начальной скорости?

Е (по идее) - парабола или гипербола, по которой тело покинет Землю "на совсем".
D - эллипс у которого точка "старта" является перигелием из-за того, что начальная скорость больше, чем первая космическая (для точки старта).
С - эллипс у которого расстояние в афелии и перигелии одинаковы. Т.е. круговая орбита. Получается в редком частном случае, когда начальная скорость в точности равна первой космической.
А и B - эллипсы, для которых точка старта является точкой афелия - потому, что "стартовая" скорость меньше, чем первая космическая для точки старта.

Спасибо.
А можно еще один вопрос - разве нельзя рассчитать, из ходя из формулы  всемирного тяготения, расстояние при котором сила тяготения будет слабой и собственно что тогда будет с телом??? Оно зависнет на N-растоянии от земли и будет медленно падать под действием F, которое будет равно G. То есть, я хочу спросить что будет если правая половина формулы будет равна 1.

[Quest]

Спасибо.
А можно еще один вопрос - разве нельзя рассчитать, из ходя из формулы  всемирного тяготения, расстояние при котором сила тяготения будет слабой и собственно что тогда будет с телом??? Оно зависнет на N-растоянии от земли и будет медленно падать под действием F, которое будет равно G. То есть, я хочу спросить что будет если правая половина формулы будет равна 1.

Пожалуйста!
Рассчитать можно.
Правда, кажется, не совсем понимаю, о чём вы говорите. О случае, когда F_{тяжести} = G*m*M/R² = 1 Н? Или когда F_{тяжести} будет численно равна G?

[IKM]

Второе, когда F=G

[ivanij]

Второе, когда F=G

  Только не G, наверное, а  mG, то есть масса на ускорение свободного падения.
  А силы инерции принимаются для рассмотрения движения тела в квазистатической постановке по принципу Даламбера, чтобы рассматривать движущееся тело как находящееся в равновесии. Это принцип т.н. кинетостатики. См. И.М.Воронков. Курс теор. мех. стр. 431  М.Наука. 1966.