Всемирное тяготение, 9 класс: примеры с решением

Всемирное тяготение: закон Ньютона, формула силы притяжения и ускорение свободного падения. Ниже разбор типичной задачи, частые ошибки и список решённых заданий 9 класса.

5 заданий9 класс
Физика10 класс26 заданийРавномерное прямолинейное движение

По прямолинейной автостраде движутся равномерно: автобус — вправо со скоростью 20 м/с, легковой автомобиль — влево со скоростью 15 м/с и мотоциклист — влево со…

Физика9 классЗакон всемирного тяготения

Дано: r = 0,1 м G = 6,67 · 10⁻¹¹ Н·м²/кг² F = 6,67 · 10⁻¹⁵ Н Найти: m - ?

Физика9 классУскорение свободного падения

g = GMз/Rз² Дано: Mз = 6·10²⁴ кг Rз ≈ 6,4·10⁶ м g = ?

Физика9 класс13 заданийСкорость, ускорение и равнодействующая сила

После толчка брусок скользит вверх по наклонной плоскости. В системе отсчёта, связанной с плоскостью, направление оси Ox показано на левом рисунке. Направления…

Физика9 класс12 заданийПервый закон Ньютона

На рисунке изображен график зависимости модуля скорости вагона от времени в инерциальной системе отсчета. В течение каких промежутков времени суммарная сила…

Что такое всемирное тяготение и в чём суть закона

Всемирное тяготение — это притяжение между любыми телами, у которых есть масса. Земля притягивает яблоко, Луну и тебя, а ты притягиваешь Землю. Твоя масса мала, поэтому заметить это притяжение нельзя.

Закон всемирного тяготения открыл Исаак Ньютон. Формулировка такая: сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют силой всемирного тяготения, или гравитационной силой. Она относится к силам в механике, как сила тяжести и сила упругости.

Формула закона всемирного тяготения

F = G × m₁ × m₂ / r²

  • F — сила притяжения между телами, Н;
  • m₁ и m₂ — массы тел, кг;
  • r — расстояние между телами, м;
  • G = 6,67 × 10⁻¹¹ Н×м²/кг² — гравитационная постоянная, одна и та же для всех тел.

Формула верна для материальных точек и для однородных шаров. Для шаров r — расстояние между центрами. Планету тоже считают шаром, поэтому для тела на поверхности Земли r равно радиусу Земли.

Полезно сразу запомнить две зависимости. Масса одного тела выросла в 3 раза — сила выросла в 3 раза. Расстояние выросло в 3 раза — сила уменьшилась в 3² = 9 раз. Если расстояние между шарами увеличили в 2 раза, сила станет в 4 раза меньше, то есть изменится в 0,25 раза.

Как решить задачу на силу всемирного тяготения: разбор

Задача. Космонавт на Земле притягивается к ней с силой 800 Н. С какой силой он будет притягиваться к планете, масса которой в 8 раз, а радиус в 2 раза меньше земных?

  1. Запиши силу на Земле: F₁ = G × M × m / R², где M и R — масса и радиус Земли, m — масса космонавта.
  2. Запиши силу на планете: F₂ = G × (M/8) × m / (R/2)².
  3. Раскрой скобку: (R/2)² = R²/4. Тогда F₂ = G × M × m × 4 / (8 × R²) = F₁ / 2.
  4. Подставь число: F₂ = 800 / 2 = 400 Н.

Значения G и массы Земли подставлять не нужно, они сокращаются. Если в условии сказано «во сколько раз», решай через отношение F₂ / F₁: так меньше вычислений и меньше ошибок.

Ускорение свободного падения и движение спутника

Если тело лежит на поверхности планеты массой M и радиусом R, его ускорение свободного падения равно g = G × M / R². Для Земли: g = 6,67 × 10⁻¹¹ × 6 × 10²⁴ / (6,4 × 10⁶)² ≈ 9,8 м/с². На высоте h над поверхностью в формулу подставляют r = R + h.

Спутник на круговой орбите движется под действием силы тяготения, которая даёт ему центростремительное ускорение. Из этого получается v = √(G × M / r). Подробнее о таком движении написано в теме движение по окружности, а связь силы и ускорения — в законах Ньютона.

У самой поверхности скорость называют первой космической: v = √(g × R). Для Земли это около 7,9 км/с. Если в задаче дана плотность планеты, массу находят через массу и плотность: M = ρ × V, где V = 4/3 × π × R³.

Где ошибаются чаще всего

  • Берут расстояние от поверхности, а не от центра. Если сила притяжения ракеты уменьшилась в 4 раза, то r увеличилось в 2 раза и r = 2R. Высота над поверхностью при этом равна R, а не 2R.
  • Забывают возвести расстояние в квадрат. Расстояние выросло в 2 раза, а сила уменьшилась в 2 раза — это неверно, правильный ответ: в 4 раза.
  • Думают, что тяжёлое тело притягивает сильнее. Земля притягивает камень и камень притягивает Землю с одинаковой по модулю силой. Различается только ускорение, потому что массы разные.
  • Не переводят единицы. Радиус в километрах нужно перевести в метры: 3400 км = 3,4 × 10⁶ м. Иначе ответ будет неверным в миллионы раз.

Какие задания по теме присылают ученики

По этой теме в 9 классе чаще всего встречаются пять типов заданий: сформулировать закон, найти силу притяжения при изменении массы или расстояния, найти массу по силе и расстоянию, посчитать ускорение свободного падения и найти скорость спутника или первую космическую скорость.

Найди в списке выше задание, похожее на твоё, и сверь ход решения со своим. Если подходящего нет, сфотографируй условие и отправь: ты получишь решение по шагам, как в разборе выше.

Частые вопросы

Что такое закон всемирного тяготения?

Это закон Ньютона: между любыми двумя телами действует сила притяжения. Она тем больше, чем больше массы тел, и тем меньше, чем дальше они друг от друга.

Чему равна гравитационная постоянная G?

G = 6,67 × 10⁻¹¹ Н×м²/кг². Она показывает, с какой силой притягиваются два тела массой по 1 кг на расстоянии 1 м.

Как найти массу по закону всемирного тяготения?

Выразить её из формулы: m₁ = F × r² / (G × m₂). Если массы одинаковы, как в задачах с двумя одинаковыми шарами, то m = r × √(F / G).

Чем сила всемирного тяготения отличается от силы тяжести?

Сила тяготения действует между любыми телами. Сила тяжести — это сила притяжения тела к планете, у поверхности она равна m × g.

Всемирное тяготение, 9 класс: примеры с решением | ДЗмэн