Вы здесь

Деревянный шарик плавает в стакане с водой как изменится сила тяжести


Разбор 6 задания ЕГЭ 2020 по физике из демоверсии

Разбор 6 задания ЕГЭ 2020 по физике из демонстрационного варианта. Проверяемые элементы содержания: механика (изменение физических величин в процессах).

Деревянный шарик плавает в стакане с водой. Как изменятся сила тяжести, действующая на шарик, и глубина погружения шарика в жидкость, если он будет плавать в подсолнечном масле?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Сила тяжести, действующая на шарик Глубина погружения шарика в жидкость
   

Разбор 6 задания ЕГЭ 2020 по физике

Сила тяжести равна: Fтяж = mg. Масса шарика не изменяется, поэтому не изменится и сила тяжести, действующая на него.

Глубина погружения шарика определяется силой тяжести и силой Архимеда, шарик находится в покое при равенстве этих сил: Fтяж = mg = Fарх = ρgVпогр. Чем меньше плотность жидкости, тем сильнее погружается шарик в жидкость. Плотность подсолнечного масла меньше плотности воды, следовательно, глубина погружения шарика в подсолнечном масле будет больше (увеличится).

Ответ:
31

Как работает гравитация и можно ли когда-либо создать искусственную гравитацию в космосе?

Мы испытываем гравитацию в каждый момент нашей жизни, даже не задумываясь об этом. Но что это такое и понимаем ли мы это на самом деле?

Здесь мы кратко исследуем наше нынешнее понимание гравитации и исследуем, сможем ли мы когда-либо искусственно создать ее в космосе.

СВЯЗАННЫЕ: 5 РАЗУМНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ

Как гравитация работает на Земле?

Как гласит известная пословица, «То, что идет вверх, должно упасть».Но почему? Что происходит?

Хотя мы только начали понимать, что это такое, над этим явлением размышляли тысячелетия.

Греческие философы, например, когда-то думали, что планеты и звезды являются частью царства богов. По их оценке, они были подвержены тому, что они называли «естественным движением».

Хотя они не разработали эту концепцию, она оставалась доминирующей идеей в западной мысли до работ Галилея и Браге в 16 веке.

Их работа поможет произвести революцию в нашем понимании гравитации, что в конечном итоге приведет к Исааку Ньютону.

Гравитация, как утверждал Ньютон, - это сила, удерживающая Землю на орбите вокруг Солнца. Как вы, возможно, помните из школьных дней, гравитацию обычно определяют как:

«Сила, с которой планета или другое тело притягивает объекты к своему центру. Сила тяжести удерживает все планеты на орбите вокруг Солнца. " - НАСА.

Другими словами, что-либо, имеющее массу, оказывает силу на любое другое, обладающее массой, и на него действует сила.Чем больше масса объектов и чем короче расстояние между ними, тем сильнее гравитационные силы, которые они оказывают друг на друга.

Каждый раз, когда вы подпрыгиваете в воздухе, случайно сбиваете что-то со стола или бросаете мяч в парке, чтобы ваша собака поймала его, вы интуитивно понимаете последствия своих действий. Все они, в конце концов, возвращаются на землю.

Эйнштейн позже предложил совершенно иное объяснение гравитации, чем Ньютон.Согласно его теориям, гравитация - это кривизна в пространственно-временном континууме. Масса объекта заставляет пространство вокруг него по существу искривляться и искривляться. Это искажает путь, по которому должны проходить объекты (и свет), создавая эффект, который мы «ощущаем» как гравитация.

Фактически, любой объект, «пойманный» гравитацией другого небесного тела, подвергается воздействию, потому что пространство, в котором он движется, искривлено в сторону этого объекта.

Эйнштейн также ввел понятие «принцип эквивалентности».«Это означает, что гравитационные и инерционные силы имеют схожую природу и часто неразличимы.

Чтобы проиллюстрировать это, представьте, что вы находитесь в ракетном корабле без окон и не можете видеть внешнюю вселенную из своего окружения. В этом случае это Невозможно определить, является ли направленная вниз сила, которую вы ощущаете как сила тяжести, реальной силой или следствием ускорения ракеты в определенном направлении

Понимаем ли мы гравитацию?

Проще говоря, да и также нет.Хотя это одно из наиболее широко изученных природных явлений во Вселенной, мы все еще не понимаем его.

Как мы видели, Исаак Ньютон и Эйнштейн добились значительного прогресса в понимании гравитации, но мы все еще не совсем уверены, что это такое и есть ли это вообще.

Согласно Эйнштейну, гравитация - это скорее следствие искривления пространства-времени, чем истинная сила сама по себе.

Что мы действительно знаем, так это то, что тела с массой притягиваются друг к другу.Эта «сила» зависит от расстояния и ослабевает по мере удаления тел.

Это тоже измеримое явление и одна из самых слабых сил в природе. Подумайте, например, о своем обычном магните на холодильник. Они легко способны противостоять гравитации чего-то столь же массивного, как Земля. Вы также можете избежать воздействия гравитации, хотя и временно, просто прыгнув.

Но эта взаимосвязь, кажется, полностью разрушается на квантовом уровне. Это просто не подходит, и мы не знаем почему.

По большому счету, наши текущие теории гравитации весьма полезны для помощи в предсказании поведения больших объектов, но в крошечном квантовом масштабе текущие теории гравитации не работают.

Это одна из самых больших проблем современной физики. Многие физики надеются однажды создать единую теорию макро- и квантовой физики, которая поможет объяснить происходящее.

Как нам помогает гравитация?

Гравитация - одна из самых фундаментальных «сил» во Вселенной.Помимо споров о том, как это работает, независимо от силы тяжести, это очень важный элемент для жизни на нашей планете.

Гравитация - это причина того, что объекты на Земле имеют вес, а не просто уплывают в космос. Если бы вы жили на планете с меньшей массой, вы бы меньше весили и могли бы прыгать намного выше.

Гравитация также удерживает Землю в так называемой «зоне Златовласки» - расстоянии от нашего Солнца, где вода может существовать в жидкой форме. Это так уж и важно для жизни.

Гравитация также помогает удерживать атмосферу Земли на месте, давая нам воздух для дыхания. Марс, например, меньше половины Земли и около одной десятой массы Земли. Меньшая масса означает меньшее гравитационное притяжение, и на самом деле атмосфера Марса всего на 1/100 плотнее Земли.

Гравитация также играет роль в сохранении целостности нашей планеты. Гравитация также удерживает Луну на орбите вокруг Земли. Гравитационное притяжение луны притягивает к себе моря, вызывая океанские приливы.

Но, что интересно, сила гравитации не одинакова во всех местах на Земле. Он немного сильнее над местами с гораздо большей массой под землей, чем над местами с меньшей массой.

Мы знаем это благодаря двум космическим кораблям НАСА и их миссии по гравитационному восстановлению и климатическому эксперименту (GRACE).

Источник: NASA / Wikimedia Commons

«GRACE обнаруживает крошечные изменения силы тяжести с течением времени. Эти изменения позволили выявить важные детали о нашей планете.Например, GRACE отслеживает изменения уровня моря и может обнаруживать изменения в земной коре, вызванные землетрясениями ». - spaceplace.nasa.gov.

Можно ли создать гравитацию?

Как мы уже видели, Эйнштейн предположил, что гравитация на самом деле следствие искажения пространства-времени, вызванного различными телами. По этой причине должна существовать возможность создания искусственной гравитации, по крайней мере, в пустоте космоса.

Что необходимо, так это обеспечить средство ускорения в одном направлении это должно, согласно Эйнштейну, производить эффект, подобный гравитации.Это может быть сделано посредством линейного ускорения, как ракета, или посредством углового момента, то есть центростремительного эффекта или ускорения.

Это общая тема во многих научно-фантастических книгах и фильмах. Подумайте, например, о вращающемся космическом корабле в «2001: Космическая одиссея».

Пока корабль достаточно велик, он должен иметь возможность воздействовать на своих пассажиров силой, которая была бы почти неотличима от земной гравитации. Однако это будет не совсем то же самое, потому что также будут присутствовать большие силы Кориолиса, и все будет падать по кривым, а не по прямым линиям.

Этому также присущи некоторые проблемы. Чем быстрее что-то ускоряется, тем больше гравитационное притяжение или перегрузки действуют на пассажиров.

Это не проблема для стационарных кораблей, таких как космическая станция, но для кораблей, которым необходимо преодолевать большие расстояния с большим ускорением, это может оказаться катастрофическим для экипажа.

Если бы корабль двигался со скоростью, составляющей лишь небольшую часть скорости света, экипаж, вероятно, испытал бы что-то большее, чем 4000 gs .То есть, согласно статье в Forbes, более чем в 100 раз больше ускорения, необходимого для предотвращения кровотока в вашем теле - вероятно, не идеально.

Предполагается, что это можно обойти, используя электромагниты и проводящие «полы» на кораблях, но у вас все еще будет проблема «нисходящей» силы. Вероятно, не существует средств «защиты» экипажа от воздействия силы тяжести при высоких скоростях в космосе.

Единственный способ справиться с этим в будущем может заключаться в развитии некоторой формы отрицательного или антигравитационного поля.Однако, как и вся материя, у нас есть по крайней мере некоторая положительная масса, поэтому нам понадобится способ создать отрицательную гравитационную массу.

Это именно то, над чем работают в эксперименте ALPHA в ЦЕРН. Исследователи работают с захваченными атомами антиводорода, аналогом водорода из антивещества.

Путем точного сравнения водорода и антиводорода, эксперимент надеется изучить фундаментальные симметрии между материей и антивеществом. В конечном итоге это может привести к измерению гравитационного ускорения антивещества.

Если будет обнаружено, что антивещество ускоряется в присутствии гравитационного поля на поверхности Земли при отрицательном значении (например, при значении, отличном от +9,8 м / с 2 ), это теоретически позволило бы построение гравитационного проводника, чтобы защитить себя от гравитационной силы.

«Если он станет достаточно чувствительным, мы сможем затем измерить, как он падает в гравитационном поле. Если он падает, то же самое, что и обычная материя, тогда у него положительная гравитационная масса, и мы не можем использовать его для создания гравитационный проводник.Но если он падает в гравитационном поле, это все меняет. С одним экспериментальным результатом искусственная гравитация внезапно стала бы физической возможностью ». - Forbes.

В случае успеха это также могло бы открыть дверь для гравитационного конденсатора, чтобы создать однородное поле искусственной гравитации. Это могло бы даже теоретически позволить создание "варп-двигателя" - способа деформировать пространство-время.

"Но до тех пор, пока мы не обнаружим частицу (или набор частиц) с отрицательной гравитационной массой, искусственная гравитация будет возникать только за счет ускорения, независимо от того, насколько мы умны являются.»- Forbes.

.

Что, если бы на Земле не было гравитации?

Но давайте проигнорируем физику и представим, что однажды гравитация на планете отключилась, и внезапно на планете Земля исчезла сила тяжести. День получился очень плохим. Мы зависим от силы тяжести, чтобы удерживать так много вещей - машины, людей, мебель, карандаши, бумаги на вашем столе и так далее. У всего, что не застряло на месте, внезапно не будет причин оставаться внизу, оно начнет плавать. Но поплыла бы не только мебель и тому подобное.Двумя наиболее важными вещами, удерживаемыми земной гравитацией, являются атмосфера и вода в океанах, озерах и реках. Без силы тяжести воздуху в атмосфере нечего торчать, и он немедленно прыгнет в космос. Это проблема Луны - у Луны недостаточно гравитации, чтобы поддерживать атмосферу вокруг нее, поэтому она находится в почти вакууме. Без атмосферы любое живое существо немедленно погибло бы, а вся жидкость выкипела бы в космос.

Другими словами, никто бы не протянул долго, если бы на планете не было гравитации.

Объявление

Если бы гравитация внезапно увеличилась вдвое, это было бы почти так же плохо, потому что все было бы вдвое тяжелее. Были бы большие проблемы с чем-нибудь структурным . Дома, мосты, небоскребы, ножки стола, опорные колонны и т. Д. Рассчитаны на нормальную гравитацию и . Большинство конструкций рухнет довольно быстро, если вы удвоите нагрузку на них. У деревьев и растений будут проблемы. Линии электропередач будут иметь проблемы.Давление воздуха удвоится, и это сильно повлияет на погоду.

Этот ответ показывает, насколько интегральная гравитация является для нашего мира. Мы не можем жить без этого, и мы не можем позволить, чтобы это изменилось. Это одна из настоящих постоянных в нашей жизни!

.

Как работает вода | HowStuffWorks

Водородная связь между молекулами воды, о которой мы говорили в первом разделе, является причиной двух уникальных свойств воды: когезия и адгезии . Сплоченность - это то, что вода очень легко прилипает к себе. Адгезия означает, что вода также очень хорошо прилипает к другим предметам, поэтому она растекается тонкой пленкой на определенных поверхностях, например на стекле. Когда вода вступает в контакт с этими поверхностями, силы сцепления превышают силы сцепления.Вместо того, чтобы слипаться в клубок, он распространяется.

Вода также имеет высокий уровень поверхностного натяжения . Это означает, что молекулы на поверхности воды не окружены одинаковыми молекулами со всех сторон, поэтому их притягивает только когезия других молекул глубоко внутри. Эти молекулы прочно сцеплены друг с другом, но слабо прилипают к другой среде. Одним из примеров этого является то, как вода скапливается на восковых поверхностях, таких как листья или вощеные автомобили.Поверхностное натяжение делает эти капли воды круглыми, поэтому они покрывают как можно меньшую площадь поверхности.

Объявление

Капиллярное действие также является результатом поверхностного натяжения. Как мы уже упоминали, это происходит у растений, когда они «всасывают» воду. Вода прилипает к внутренней части трубок растения, но поверхностное натяжение пытается сгладить ее. Это заставляет воду подниматься и снова связываться с собой, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не накопится достаточно воды, чтобы гравитация начала тянуть ее обратно вниз.

Водородные связи воды также являются причиной того, что ее твердая форма, лед , может плавать в своей жидкой форме. Лед менее плотен, чем вода, потому что молекулы воды образуют кристаллические структуры при температуре ниже нуля (32 градуса по Фаренгейту или 0 градусов Цельсия). Тепловые свойства воды также связаны с ее водородными связями. Вода имеет очень высокую удельную теплоемкость , то есть количество тепла на единицу массы, необходимое для повышения ее температуры на один градус Цельсия.Энергия, необходимая для повышения температуры воды на один градус Цельсия, составляет 4,2 джоуля на грамм. Вода также имеет высокую теплоту испарения , что означает, что она может принимать много тепла без значительного повышения температуры. Это играет огромную роль в климате, потому что океанам нужно много времени, чтобы нагреться.

Вода часто известна как универсальный растворитель , что означает, что в ней растворяются многие вещества. Вещества, растворяющиеся в воде, гидрофильные .Это означает, что они так же сильны или сильнее, чем силы сцепления воды. Соль и сахар полярны, как вода, поэтому они очень хорошо растворяются в ней. Вещества, не растворяющиеся в воде, гидрофобны . Отсюда поговорка «масло и вода не смешиваются». Растворимость воды - вот почему вода, которую мы используем, редко бывает чистой; в нем обычно растворено несколько минералов.

Присутствие этих минералов составляет разницу между жесткой водой и мягкой водой .Жесткая вода обычно содержит много кальция и магния, но также может содержать металлы. Мыло плохо пенится в жесткой воде, но жесткая вода обычно не опасна. Он также может вызывать отложения известкового налета в трубах, водонагревателях и туалетах.

Некоторые из последних споров о свойствах воды заключаются в том, как ведет себя лед, когда он тает. Некоторые ученые утверждают, что он выглядит примерно так же, как и в твердом состоянии, за исключением того, что некоторые из его водородных связей разорваны. Другие утверждают, что это совершенно новая структура.Так что, несмотря на всю важность, мы до сих пор не совсем понимаем воду.

Для получения дополнительной информации о воде и связанных темах ознакомьтесь с ссылками на следующей странице.

.

Смотрите также