Traukos jėgos aplink mus

Pažvelkime, kaip juda kampu į horizontą spirtas kamuolys (5.2.1 pav.). Jis turėtų lėkti tiesiai ir tolygiai, tačiau jo trajektorija yra kreivė. Iš Žemės paleisto dirbtinio palydovo skrydžio trajektorija taip pat nėra tiesė. Jis sukasi aplink Žemę, t. y. skrieja apskritimine orbita (5.2.2 pav.). Akivaizdu, kad tiek kamuolį, tiek palydovą veikia tam tikra jėga.

Žemė traukia visus kūnus: namus, medžius, upes, jūras, Mėnulį (5.2.3 pav.), palydovus, Saulę. Taip pat šie kūnai traukia vieni kitus. Ši visus kūnus veikianti jėga vadinama visúotinės traukõs, arba gravitãcijos, jėgà. Kiek stipriai kūnai traukia vieni kitus, priklauso nuo jų masės ir tarpusavio atstumo. Kuo didesnė kūno masė, tuo jo gravitacijos jėga stipresnė. Arčiau esančius kūnus toks kūnas pritrauks stipriau nei esančius toliau.

Gravitacijos jėga yra viena iš nekontaktinių jėgų rūšių, pasireiškianti aplinkoje kaip traukos jėga tarp kūnų, turinčių masę.

Mãsė (m) yra fizikinis dydis, apibūdinantis kūno gravitacinę sąveiką. Tai kurios nors medžiagos kiekio matas. Kuo daugiau medžiagos yra kūne, tuo didesnė jo masė. Taigi sakome, kad didelės masės kūnas yra sunkus. Juk aišku, kad dramblio masė yra didesnė nei pelės!

Kaip jau žinote, masės matavimo vienetas yra kilogramas:

[m] = 1 kg.

Taip pat naudojami kiti masės matavimo vienetai, pavyzdžiui, gramas (g), miligramas (mg).

Mums svarbi jėga, traukianti kūnus prie Žemės. Nuolat veikianti jėga, kuria Žemė traukia kūnus, vadinama sunkiù, arba suñkio jėgà. Ji žymima raide F_s ir matuojama niutonais (N). Sunkis priklauso nuo kūno masės: kuo didesnė masė, tuo didesnis sunkis (5.2.4 pav.), veikiantis kūną.

Sunkis įvairiose Žemės vietose visada yra nukreiptas žemyn, į planetos centrą. Jis žymimas rodykle, kurios pradžios taškas yra kūno centras.

Sunkis reiškiamas kūno masės ir laisvojo kritimo pagreičio sandauga:

F_s = mg,

čia F_s – sunkis,

g – laisvojo kritimo pagreitis Žemėje,

m – kūno masė.

Jau žinote, kad Žemėje g = 9,8 m/s². Vadinasi, kiekvieną kūno masės kilogramą veiks 9,8 N jėga. Kiek kartų Žemėje vieno kūno masė didesnė už kito kūno masę, tiek kartų pirmojo kūno sunkis didesnis už antrojo sunkį. Jei kūnų masė Žemėje vienoda, juos veikiantis sunkis taip pat bus vienodas. Mėnulyje laisvojo kritimo pagreitis yra 1,6 m/s². Vadinasi, Mėnulyje kiekvieną kūno masės kilogramą veiks 1,6 N jėga.

Visus Žemėje esančius kūnus veikia sunkis, todėl iš dangaus krinta lietaus lašai, sniegas, nuo medžių – lapai. Tačiau kūnai ne visada nukrinta ant žemės. Jei ant stalo guli knyga, ji nepasiekia žemės paviršiaus, nors ją veikia sunkis. Kodėl? Knyga turi atramą – stalviršį (5.2.5 pav.). Dėl Žemės traukos ji spaudžia stalviršį jėga, vadinama svoriu.

Kūno svõris – tai jėga, veikianti horizontalią atramą arba vertikalią pakabą dėl gravitacijos traukos. Pakabintas kūnas yra veikiamas sunkio, ir jis tempia pakabą, o padėtas – spaudžia atramą. Laisvai krintantis kūnas svorio neturi, nes neturi atramos ar pakabos.

Kūno svoris žymimas raide P. Jis yra jėga, todėl matuojamas niutonais (ne kilogramais!). Svoris žymimas rodykle, kurios pradžios taškas yra kūno atrama arba vertikali pakaba. F_s ir P jėgų rodyklės turi būti vienodo ilgio, bet jų pradinis taškas yra skirtingas.

Kūno svoris ir sunkis yra skirtingos prigimties jėgos. Sunkio jėga atsiranda dėl kūno gravitacinės sąveikos su Žeme, o kūno svorio jėga – dėl kūno ir atramos ar pakabos sąveikos.

Kūno svorį galime apskaičiuoti taip:

P = mg,

čia P – kūno svoris,

g – laisvojo kritimo pagreitis Žemėje,

m – masė.

Kūno svorio nereikėtų painioti su kūno mase (5.2.6 pav.)! Pavyzdžiui, Mėnulis yra mažesnis ir jo masė yra 0,0123 Žemės masės. Mėnulio laisvojo kritimo pagreitis yra 1,6 m/s² – tai maždaug šeštadalis Žemės laisvojo kritimo pagreičio 9,8 m/s². Taigi 120 kg sveriančio astronauto kūno svoris Žemėje bus apie 1 200 N, o Mėnulyje – tik apie 200 N. Tačau astronauto masė ir Žemėje, ir Mėnulyje yra vienoda – 120 kg.

Nesvarumo būseną galite patirti apsilankę atrakcionų parke, nerdami į vandenį nuo tiltelio, greitai leisdamiesi liftu ir net bėgdami (tuo momentu, kai neliečiate žemės).

Nesvarùmas – tai kūno būsena, kai kūnas juda veikiamas vien gravitacijos jėgos. Tai visiško svorio nebuvimo pojūtis.

Visi kūnai Žemėje įgyja vienodą laisvojo kritimo pagreitį g dėl visuotinės traukos, taigi ir dėl sunkio, jėgos. Būtent tokios būsenos yra laisvai krintantys kūnai. Vadinasi, kiekvienas laisvai krintantis kūnas patiria nesvarumo būseną, nesvarbu, kokia jo masė.

Sprendimas

Užrašome sunkio formulę:

F_s = mg.

Įrašome vertes ir apskaičiuojame sunkį:

F_{\mathrm{s\ katino}}=4\ \mathrm{kg\ \cdot\ 9,8\frac{m}{s^2}=39,2\ N.}

F_{\mathrm{s\ šuns}}=8\ \mathrm{kg\ \cdot\ 9,8\frac{m}{s^2}}=78,4\ \mathrm{N}

Ats.: katino sunkis 39,2 N, šuns – 78,4 N.

1. Žmogus sveria 700 N. Kokia jo kūno masė?

Sprendimas

Užrašome svorio formulę:

P = mg.

Iš sunkio formulės išreiškiame masę:

m=\frac{P}{g}.

Įrašome žinomas vertes ir apskaičiuojame:

m=\frac{700\ \mathrm{N}}{9,8\ \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s^2}}}=71\ \mathrm{kg.}

Ats.: 71 kg.