Сила всемирного тяготения это определение: Сила всемирного тяготения – формула, определение, причина

Содержание

Сила тяжести и сила всемирного тяготения

Сила тяжести и сила всемирного тяготения

Подробности
Просмотров: 595

«Физика – 10 класс»

Почему Луна движется вокруг Земли?
Что будет, если Луна остановится?
Почему планеты обращаются вокруг Солнца?

В главе 1 подробно говорилось о том, что земной шар сообщает всем телам у поверхности Земли одно и то же ускорение — ускорение свободного падения. Но если земной шар сообщает телу ускорение, то согласно второму закону Ньютона он действует на тело с некоторой силой. Силу, с которой Земля действует на тело, называют силой тяжести. Сначала найдём эту силу, а затем и рассмотрим силу всемирного тяготения.

Ускорение по модулю определяется из второго закона Ньютона:

В общем случае оно зависит от силы, действующей на тело, и его массы. Так как ускорение свободного падения не зависит от массы, то ясно, что сила тяжести должна быть пропорциональна массе:

= m         (3. 1)

Физическая величина — ускорение свободного падения, оно постоянно для всех тел.

На основе формулы F = mg можно указать простой и практически удобный метод измерения масс тел путём сравнения массы данного тела с эталоном единицы массы. Отношение масс двух тел равно отношению сил тяжести, действующих на тела:

Это значит, что массы тел одинаковы, если одинаковы действующие на них силы тяжести.

На этом основано определение масс путём взвешивания на пружинных или рычажных весах. Добиваясь того, чтобы сила давления тела на чашку весов, равная силе тяжести, приложенной к телу, была уравновешена силой давления гирь на другую чашку весов, равной силе тяжести, приложенной к гирям, мы тем самым определяем массу тела.

Сила тяжести, действующая на данное тело вблизи Земли, может считаться постоянной лишь на определенной широте у поверхности Земли. Если тело поднять или перенести в место с другой широтой, то ускорение свободного падения, а следовательно, и сила тяжести изменятся.

Сила всемирного тяготения.

Ньютон был первым, кто строго доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же. Это

сила всемирного тяготения, действующая между любыми телами Вселенной.

Ньютон пришёл к выводу, что если бы не сопротивление воздуха, то траектория камня, брошенного с высокой горы (рис. 3.1) с определённой скоростью, могла бы стать такой, что он вообще никогда не достиг бы поверхности Земли, а двигался бы вокруг неё подобно тому, как планеты описывают в небесном пространстве свои орбиты.

Итак, по мнению Ньютона, движение Луны вокруг Земли или движение планет вокруг Солнца — это тоже свободное падение, которое длится, не прекращаясь, миллиарды лет. Причиной такого падения (идёт ли речь действительно о падении обычного камня на Землю или о движении планет по их орбитам) служит сила тяготения.

Земля сообщает Луне ускорение, которое не зависит от массы Луны и, как показали расчёты, в (60)2 раз меньше ускорения тел на Земле. Расстояние до Луны в 60 раз больше радиуса Земли. Отсюда Ньютон сделал вывод, что ускорение и соответственно сила притяжения тел к Земле обратно пропорциональны квадрату расстояния до центра Земли:

Также Ньютон установил, что Солнце сообщает всем планетам ускорение, обратно пропорциональное квадрату расстояния от планет до Солнца.

Закон всемирного тяготения.

Можно лишь догадываться о волнении, охватившем Ньютона, когда он пришёл к великому результату: одна и та же причина вызывает явления поразительно широкого диапазона — от падения брошенного камня на землю до движения огромных космических тел.

Ньютон нашёл эту причину и смог точно выразить её в виде одной формулы — закона всемирного тяготения.

Так как сила всемирного тяготения сообщает всем телам одно и то же ускорение независимо от их массы, то она должна быть пропорциональна массе того тела, на которое действует:

«Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них.

.. все планеты тяготеют друг к другу…» И. Ньютон

Но поскольку, например, Земля действует на Луну с силой, пропорциональной массе Луны, то и Луна по третьему закону Ньютона должна действовать на Землю с той же силой. Причём эта сила должна быть пропорциональна массе Земли. Если сила тяготения является действительно универсальной, то со стороны данного тела на любое другое тело должна действовать сила, пропорциональная массе этого другого тела. Следовательно, сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Отсюда вытекает формулировка закона всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения:

Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при массах m1 = m2 = 1 кг и расстоянии r = 1 м получаем G = F (численно).

Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (3.4) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис. 3.2, а).

Можно показать, что однородные тела, имеющие форму шара (даже если их нельзя считать материальными точками, рис. 3.2, б), также взаимодействуют с силой, определяемой формулой (3.4). В этом случае r — расстояние между центрами шаров. Силы взаимного притяжения лежат на прямой, проходящей через центры шаров. Такие силы называются центральными. Тела, падение которых на Землю мы обычно рассматриваем, имеют размеры, много меньшие, чем земной радиус (R ≈ 6400 км).

Такие тела можно, независимо от их формы, рассматривать как материальные точки и определять силу их притяжения к Земле с помощью закона (3.4), имея в виду, что r есть расстояние от данного тела до центра Земли.

Брошенный на Землю камень отклонится под действием тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадёт наконец на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадёт дальше». И. Ньютон

Определение гравитационной постоянной.

Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определённое наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения даёт новую связь между известными величинами с определёнными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ: Н • м

2/кг2 = м3/(кг • с2).

Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами.

Оцените силу гравитационного взаимодействия между вами и вашим соседом по парте. Считайте, что вы нахояитесь на расстоянии r = 0,5 м.

Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы — самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10-9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 3.3. На тонкой упругой нити подвешено лёгкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжёлых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения.

Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить до тех пор, пока возникающая сила упругости не станет равна гравитационной силе. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.

Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:

G = 6,67 • 10-11 Н • м2/кг2.

Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большого значения. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F ≈ 2 • 1020 Н.

Зависимость ускорения свободного падения тел от географической широты.

Одна из причин увеличения ускорения свободного падения при перемещении точки, где находится тело, от экватора к полюсам, состоит в том, что земной шар несколько сплюснут у полюсов и расстояние от центра Земли до её поверхности у полюсов меньше, чем на экваторе. Другой причиной является вращение Земли.

Равенство инертной и гравитационной масс.

Самым поразительным свойством гравитационных сил является то, что они сообщают всем телам, независимо от их масс, одно и то же ускорение. Что бы вы сказали о футболисте, удар которого одинаково ускорял бы обыкновенный кожаный мяч и двухпудовую гирю? Каждый скажет, что это невозможно. А вот Земля является именно таким «необыкновенным футболистом» с той только разницей, что действие её на тела не носит характера кратковременного удара, а продолжается непрерывно миллиарды лет.

В теории Ньютона масса является источником поля тяготения. Мы находимся в поле тяготения Земли. В то же время мы также являемся источниками поля тяготения, но в силу того, что наша масса существенно меньше массы Земли, наше поле намного слабее и окружающие предметы на него не реагируют.

Необыкновенное свойство гравитационных сил, как мы уже говорили, объясняется тем, что эти силы пропорциональны массам обоих взаимодействующих тел. Масса тела, которая входит во второй закон Ньютона, определяет инертные свойства тела, т. е. его способность приобретать определённое ускорение под действием данной силы. Это инертная масса mи.

Казалось бы, какое отношение она может иметь к способности тел притягивать друг друга? Масса, определяющая способность тел притягиваться друг к другу, — гравитационная масса mr.

Из механики Ньютона совсем не следует, что инертная и гравитационная массы одинаковы, т. е. что

mи = mr.         (3.5)

Равенство (3.5) является непосредственным следствием из опыта. Оно означает, что можно говорить просто о массе тела как о количественной мере как инертных, так и гравитационных его свойств.

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Динамика – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес. Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

Сила всемирного тяготения – это.

.. Что такое Сила всемирного тяготения?
Сила всемирного тяготения

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Сила Уорд
  • Сила вязкого трения

Смотреть что такое “Сила всемирного тяготения” в других словарях:

  • сила всемирного тяготения — gravitacijos jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Nuo kūnų masės priklausanti jų traukos jėga – gravitacinės sąveikos jėga. atitikmenys: angl. gravitational force vok. Gravitationskraft, f; Massenanziehungskraft, f;… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения между материальными точками с массами m1 и m2, находящимися на расстоянии r друг от друга, равна F= Gm1m2/r2; постоянная величина G называется гравитационной постоянной. Открыт И. Ньютоном в… …   Современная энциклопедия

  • ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — (Ньютона закон тяготения) сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1m2/r2, где G гравитационная постоянная …   Большой Энциклопедический словарь

  • Всемирного тяготения закон — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения между материальными точками с массами m1 и m2, находящимися на расстоянии r друг от друга, равна F= Gm1m2/r2; постоянная величина G называется гравитационной постоянной. Открыт И. Ньютоном в… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • всемирного тяготения закон — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1m2/r2, где G  гравитационная постоянная. * * * ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ… …   Энциклопедический словарь

  • ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ 3AKОH — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного гравитац. притяжения материальных точек с массами т1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1m2/r2, где G гравитационная постоянная …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Всемирного тяготения закон — закон тяготения Ньютона закон физики: сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r, выражается формулой: F = G·m1·m2/r2, где G – гравитационная постоянная …   Астрономический словарь

  • Закон всемирного тяготения — Гравитация (всемирное тяготение, тяготение) (от лат. gravitas  «тяжесть»)  дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том… …   Википедия

  • Закон всемирного тяготения — закон тяготения И. Ньютона (1643 1727) в классической механике, согласно которому сила гравитационного притяжения двух тел с массами m1 и m2 обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними; коэффициент пропорциональности G гравитационная …   Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

  • Закон всемирного тяготения Ньютона — В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R,… …   Википедия


формула великого открытия Определить силу тяготения между землей и солнцем

Самым главным явлением, постоянно изучаемым физиками, является движение. Электромагнитные явления, законы механики, термодинамические и квантовые процессы – все это широкий спектр изучаемых физикой фрагментов мироздания. И все эти процессы сводятся, так или иначе, к одному – к .

Вконтакте

Все во Вселенной движется. Гравитация – привычное явление для всех людей с самого детства, мы родились в гравитационном поле нашей планеты, это физическое явление воспринимается нами на самом глубоком интуитивном уровне и, казалось бы, даже не требует изучения.

Но, увы, вопрос, почему и каким образом все тела притягиваются друг к другу , остается и на сегодняшний день не до конца раскрытым, хотя и изучен вдоль и поперек.

В этой статье мы рассмотрим, что такое всемирное притяжение по Ньютону – классическую теорию гравитации. Однако прежде чем перейти к формулам и примерам, расскажем о сути проблемы притяжения и дадим ему определение.

Быть может, изучение гравитации стало началом натуральной философии (науки о понимании сути вещей), быть может, натуральная философия породила вопрос о сущности гравитации, но, так или иначе, вопросом тяготения тел заинтересовались еще в Древней Греции .

Движение понималось как суть чувственной характеристики тела, а точнее, тело двигалось, пока наблюдатель это видит. Если мы не можем явление измерить, взвесить, ощутить, значит ли это, что этого явления не существует? Естественно, не значит. И с тех пор, как Аристотель понял это, начались размышления о сути гравитации.

Как оказалось в наши дни, спустя многие десятки веков, гравитация является основой не только земного притяжения и притяжения нашей планеты к , но и основой зарождения Вселенной и почти всех имеющихся элементарных частиц.

Задача движения

Проведем мысленный эксперимент. Возьмем в левую руку небольшой шарик. В правую возьмем такой же. Отпустим правый шарик, и он начнет падать вниз. Левый при этом остается в руке, он по-прежнему недвижим.

Остановим мысленно ход времени. Падающий правый шарик «зависает» в воздухе, левый все также остается в руке. Правый шарик наделен «энергией» движения, левый – нет. Но в чем глубокая, осмысленная разница между ними?

Где, в какой части падающего шарика прописано, что он должен двигаться? У него такая же масса, такой же объем. Он обладает такими же атомами, и они ничем не отличаются от атомов покоящегося шарика. Шарик обладает ? Да, это правильный ответ, но откуда шарику известно, что обладает потенциальной энергией, где это зафиксировано в нем?

Именно эту задачу ставили перед собой Аристотель, Ньютон и Альберт Эйнштейн. И все три гениальных мыслителя отчасти решили для себя эту проблему, но на сегодняшний день существует ряд вопросов, требующих разрешения.

Гравитация Ньютона

В 1666 году величайшим английским физиком и механиком И. Ньютоном открыт закон, способный количественно посчитать силу, благодаря которой вся материя во Вселенной стремится друг к другу. Это явление получило название всемирное тяготение. Когда вас просят: «Сформулируйте закон всемирного тяготения», ваш ответ должен звучать так:

Сила гравитационного взаимодействия, способствующая притяжению двух тел, находится в прямой пропорциональной связи с массами этих тел и в обратной пропорциональной связи с расстоянием между ними.

Важно! В законе притяжения Ньютона используется термин «расстояние». Под этим термином следует понимать не дистанцию между поверхностями тел, а расстояние между их центрами тяжести. К примеру, если два шара радиусами r1 и r2 лежат друг на друге, то дистанция между их поверхностями равна нулю, однако сила притяжения есть. Все дело в том, что расстояние между их центрами r1+r2 отлично от нуля. В космических масштабах это уточнение не суть важно, но для спутника на орбите данная дистанция равна высоте над поверхностью плюс радиус нашей планеты. Расстояние между Землей и Луной также измеряется как расстояние между их центрами, а не поверхностями.

Для закона тяготения формула выглядит следующим образом:

,

  • F – сила притяжения,
  • – массы,
  • r – расстояние,
  • G – гравитационная постоянная, равная 6,67·10−11 м³/(кг·с²).

Что же представляет собой вес, если только что мы рассмотрели силу притяжения?

Сила является векторной величиной, однако в законе всемирного тяготения она традиционно записана как скаляр. В векторной картине закон будет выглядеть таким образом:

.

Но это не означает, что сила обратно пропорциональна кубу дистанции между центрами. Отношение следует воспринимать как единичный вектор, направленный от одного центра к другому:

.

Закон гравитационного взаимодействия

Вес и гравитация

Рассмотрев закон гравитации, можно понять, что нет ничего удивительного в том, что лично мы ощущаем притяжение Солнца намного слабее, чем земное . Массивное Солнце хоть и имеет большую массу, однако оно очень далеко от нас. тоже далеко от Солнца, однако она притягивается к нему, так как обладает большой массой. Каким образом найти силу притяжения двух тел, а именно как вычислить силу тяготения Солнца, Земли и нас с вами – с этим вопросом мы разберемся чуть позже.

Насколько нам известно, сила тяжести равна:

где m – наша масса, а g – ускорение свободного падения Земли (9,81 м/с 2).

Важно! Не бывает двух, трех, десяти видов сил притяжения. Гравитация – единственная сила, дающая количественную характеристику притяжения. Вес (P = mg) и сила гравитации – одно и то же.

Если m – наша масса, M – масса земного шара, R – его радиус, то гравитационная сила, действующая на нас, равна:

Таким образом, поскольку F = mg:

.

Массы m сокращаются, и остается выражение для ускорения свободного падения:

Как видим, ускорение свободного падения – действительно постоянная величина, поскольку в ее формулу входят величины постоянные — радиус, масса Земли и гравитационная постоянная. Подставив значения этих констант, мы убедимся, что ускорение свободного падения равно 9,81 м/с 2 .

На разных широтах радиус планеты несколько отличается, поскольку Земля все-таки не идеальный шар. Из-за этого ускорение свободного падения в отдельных точках земного шара разное.

Вернемся к притяжению Земли и Солнца. Постараемся на примере доказать, что земной шар притягивает нас с вами сильнее, чем Солнце.

Примем для удобства массу человека: m = 100 кг. Тогда:

  • Расстояние между человеком и земным шаром равно радиусу планеты: R = 6,4∙10 6 м.
  • Масса Земли равна: M ≈ 6∙10 24 кг.
  • Масса Солнца равна: Mc ≈ 2∙10 30 кг.
  • Дистанция между нашей планетой и Солнцем (между Солнцем и человеком): r=15∙10 10 м.

Гравитационное притяжение между человеком и Землей:

Данный результат довольно очевиден из более простого выражения для веса (P = mg).

Сила гравитационного притяжения между человеком и Солнцем:

Как видим, наша планета притягивает нас почти в 2000 раз сильнее.

Как найти силу притяжения между Землей и Солнцем? Следующим образом:

Теперь мы видим, что Солнце притягивает нашу планету более чем в миллиард миллиардов раз сильнее, чем планета притягивает нас с вами.

Первая космическая скорость

После того как Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения, ему стало интересно, с какой скоростью нужно бросить тело, чтобы оно, преодолев гравитационное поле, навсегда покинуло земной шар.

Правда, он представлял себе это несколько иначе, в его понимании была не вертикально стоящая ракета, устремленная в небо, а тело, которое горизонтально совершает прыжок с вершины горы. Это была логичная иллюстрация, поскольку на вершине горы сила притяжения немного меньше .

Так, на вершине Эвереста ускорение свободного падения будет равно не привычные 9,8 м/с 2 , а почти м/с 2 . Именно по этой причине там настолько разряженный , частицы воздуха уже не так привязаны к гравитации, как те, которые «упали» к поверхности.

Постараемся узнать, что такое космическая скорость.

Первая космическая скорость v1 – это такая скорость, при которой тело покинет поверхность Земли (или другой планеты) и перейдет на круговую орбиту.

Постараемся узнать численной значение этой величины для нашей планеты.

Запишем второй закон Ньютона для тела, которое вращается вокруг планеты по круговой орбите:

,

где h — высота тела над поверхностью, R — радиус Земли.

На орбите на тело действует центробежное ускорение , таким образом:

.

Массы сокращаются, получаем:

,

Данная скорость называется первой космической скоростью:

Как можно заметить, космическая скорость абсолютно не зависит от массы тела. Таким образом, любой предмет, разогнанный до скорости 7,9 км/с, покинет нашу планету и перейдет на ее орбиту.

Первая космическая скорость

Вторая космическая скорость

Однако, даже разогнав тело до первой космической скорости, нам не удастся полностью разорвать его гравитационную связь с Землей. Для этого и нужна вторая космическая скорость. При достижении этой скорости тело покидает гравитационное поле планеты и все возможные замкнутые орбиты.

Важно! По ошибке часто считается, что для того чтобы попасть на Луну, космонавтам приходилось достигать второй космической скорости, ведь нужно было сперва «разъединиться» с гравитационным полем планеты. Это не так: пара «Земля — Луна» находятся в гравитационном поле Земли. Их общий центр тяжести находится внутри земного шара.

Для того чтобы найти эту скорость, поставим задачу немного иначе. Допустим, тело летит из бесконечности на планету. Вопрос: какая скорость будет достигнута на поверхности при приземлении (без учета атмосферы, разумеется)? Именно такая скорость и потребуется телу, чтобы покинуть планету.

Закон всемирного тяготения. Физика 9 класс

Закон Всемирного тяготения.

Вывод

Мы с вами узнали, что хотя гравитация является основной силой во Вселенной, многие причины этого явления до сих пор остались загадкой. Мы узнали, что такое сила всемирного тяготения Ньютона, научились считать ее для различных тел, а также изучили некоторые полезные следствия, которые вытекают из такого явления, как всемирный закон тяготения.

Закон всемирного тяготения открыл Ньютон в 1687 году при изучении движения спутника Луны вокруг Земли. Английский физик четко сформулировал постулат, характеризующий силы притяжения. Кроме того, анализируя законы Кеплера, Ньютон вычислил, что силы притяжения должны существовать не только на нашей планете, но и в космосе.

История вопроса

Закон всемирного тяготения родился не спонтанно. Издревле люди изучали небосвод, главным образом для составления сельскохозяйственных календарей, вычисления важных дат, религиозных праздников. Наблюдения указывали, что в центре «мира» находится Светило (Солнце), вокруг которого по орбитам вращаются небесные тела. Впоследствии догматы церкви не позволяли так считать, и люди утратили накапливавшиеся тысячелетиями знания.

В 16 веке, до изобретения телескопов, появилась плеяда астрономов, взглянувших на небосвод по-научному, отбросив запреты церкви. Т. Браге, многие годы наблюдая за космосом, с особой тщательностью систематизировал перемещения планет. Эти высокоточные данные помогли И. Кеплеру впоследствии открыть три своих закона.

К моменту открытия (1667 г.) Исааком Ньютоном закона тяготения в астрономии окончательно утвердилась гелиоцентрическая система мира Н. Коперника. Согласно ей, каждая из планет системы вращается вокруг Светила по орбитам, которые с приближением, достаточным для многих расчетов, можно считать круговыми. В начале XVII в. И. Кеплер, анализируя работы Т. Браге, установил кинематические законы, характеризующие движения планет. Открытие стало фундаментом для выяснения динамики движения планет, то есть сил, которые определяют именно такой вид их движения.

Описание взаимодействия

В отличие от короткопериодных слабых и сильных взаимодействий, гравитация и электромагнитные поля имеют свойства дальнего действия: их влияние проявляется на гигантских расстояниях. На механические явления в макромире воздействуют 2 силы: электромагнитная и гравитационная. Воздействие планет на спутники, полет брошенного или запущенного предмета, плавание тела в жидкости – в каждом из этих явлений действуют гравитационные силы. Эти объекты притягиваются планетой, тяготеют к ней, отсюда и название «закон всемирного тяготения».

Доказано, что между физическими телами безусловно действует сила взаимного притяжения. Такие явления, как падение объектов на Землю, вращение Луны, планет вокруг Солнца, происходящие под действием сил всемирного притяжения, называют гравитационными.

Закон всемирного тяготения: формула

Всемирное тяготение формулируется следующим образом: два любых материальных объекта друг к другу притягиваются с определенной силой. Величина этой силы прямо пропорциональна произведению масс этих объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

В формуле m1 и m2 являются массами исследуемых материальных объектов; r – расстояние, определяемое между центрами масс расчетных объектов; G – постоянная гравитационная величина, выражающая силу, с которой осуществляется взаимное притяжение двух объектов массой по 1 кг каждый, располагающихся между собой на расстоянии 1 м.

От чего зависит сила притяжения

Закон всемирного тяготения по-разному действует, в зависимости от региона. Так как сила притяжения зависит от значений широты на определенной местности, то аналогично ускорение свободного падения обладает разными значениями в разных местах. Максимальное значение сила тяжести и, соответственно, ускорение свободного падения имеют на полюсах Земли – сила тяжести в этих точках равна силе притяжения. Минимальными значения будут на экваторе.

Земной шар слегка сплюснут, его полярный радиус меньше экваториального примерно на 21,5 км. Однако эта зависимость менее существенная по сравнению с суточным вращением Земли. Расчеты показывают, что из-за сплюснутости Земли на экваторе величина ускорения свободного падения чуть меньше его значения на полюсе на 0,18%, а через суточное вращение – на 0,34%.

Впрочем, в одном и том же месте Земли угол между векторами направления мал, поэтому расхождение между силой притяжения и силой тяжести незначительно, и ею в расчетах можно пренебречь. То есть можно считать, что модули этих сил одинаковы – ускорение свободного падения около поверхности Земли везде одинаковое и равно приблизительно 9,8 м/с².

Вывод

Исаак Ньютон был ученым, который совершил научную революцию, полностью перестроил принципы динамики и на их основе создал научную картину мира. Его открытие повлияло на развитие науки, на создание материальной и духовной культуры. На судьбу Ньютона выпала задача пересмотреть результаты представления о мире. В XVII в. ученым завершена грандиозная работа построения фундамента новой науки – физики.

Почему выпущенный из рук камень падает на Землю? Потому что его притягивает Земля, скажет каждый из вас. В самом деле, камень падает на Землю с ускорением свободного падения. Следовательно, на камень со сто-роны Земли действует сила, направленная к Земле. Согласно третьему закону Ньютона и камень действует на Землю с такой же по модулю силой, направленной к камню. Иными словами, между Землей и камнем действуют силы взаимного притяжения.

Ньютон был первым, кто сначала догадался, а потом и строго доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же. Это сила тяготения, действующая между любыми телами Вселенной. Вот ход его рассуждений, приведенных в главном труде Ньютона «Математические начала натуральной философии»:

«Брошенный горизонтально камень отклонится под действием тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадет наконец на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадет дальше» (рис. 1).

Продолжая эти рассуждения, Ньютон приходит к выводу, что если бы не сопротивление воздуха, то траектория камня, брошенного с высокой горы с определенной скоростью, могла бы стать такой, что он вообще никогда не достиг бы поверхности Земли, а двигался вокруг нее «подобно тому, как планеты описывают в небесном пространстве свои орбиты».

Сейчас нам стало настолько привычным движение спутников вокруг Земли, что разъяснять мысль Ньютона подробнее нет необходимости.

Итак, по мнению Ньютона, движение Луны вокруг Земли или планет вокруг Солнца – это тоже свободное падение, но только падение, которое длится, не прекращаясь, миллиарды лет. Причиной такого «падения» (идет ли речь действительно о падении обычного камня на Землю или о движении планет по их орбитам) является сила всемирного тяготения. От чего же эта сила зависит?

Зависимость силы тяготения от массы тел

Галилей доказал, что при свободном падении Земля сообщает всем телам в данном месте одно и то же ускорение независимо от их массы. Но ускорение по второму закону Ньютона обратно пропорционально массе\. Как же объяснить, что ускорение, сообщаемое телу силой притяжения Земли, одинаково для всех тел? Это возможно лишь в том случае, если сила притяжения к Земле прямо пропорциональна массе тела. В этом случае увеличение массы т, например, вдвое приведет к увеличению модуля силы F тоже вдвое, а ускорение, которое равно \(a = \frac {F}{m}\), останется неизменным. Обобщая этот вывод для сил тяготения между любыми телами, заключаем, что сила всемирного тяготения прямо пропорциональна массе тела, на которое эта сила действует.

Но во взаимном притяжении участвуют по меньшей мере два тела. На каждое из них, согласно третьему закону Ньютона, действуют одинаковые по модулю силы тяготения. Поэтому каждая из этих сил должна быть пропорциональна как массе одного тела, так и массе другого тела. Поэтому сила всемирного тяготения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс:

\(F \sim m_1 \cdot m_2\)

Зависимость силы тяготения от расстояния между телами

Из опыта хорошо известно, что ускорение свободного падения равно 9,8 м/с 2 и оно одинаково для тел, падающих с высоты 1, 10 и 100 м, т. е. не зависит от расстояния между телом и Землей. Это как будто бы означает, что и сила от расстояния не зависит. Но Ньютон считал, что отсчитывать расстояния надо не от поверхности, а от центра Земли. Но радиус Земли 6400 км. Понятно, что несколько десятков, сотен или даже тысяч метров над поверхностью Земли не могут заметно изменить значение ускорения свободного падения.

Чтобы выяснить, как влияет расстояние между телами на силу их вза-имного притяжения, нужно было бы узнать, каково ускорение тел, удаленных от Земли на достаточно большие расстояния.2}.\quad (1)\)

Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними .

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной .

Закон всемирного тяготения справедлив только для таких тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними. Иначе говоря, он справедлив только для материальных точек . При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис. 2). Подобного рода силы называются центральными.

Для нахождения силы тяготения, действующей на данное тело со сто-роны другого, в случае, когда размерами тел пренебречь нельзя, поступают следующим образом. Оба тела мысленно разделяют на столь малые элементы, чтобы каждый из них можно было считать точечным. Складывая силы тяготения, действующие на каждый элемент данного тела со стороны всех элементов другого тела, получают силу, действующую на этот элемент (рис. 3). Проделав такую операцию для каждого элемента данного тела и сложив полученные силы, находят полную силу тяготения, действующую на это тело. Задача эта сложная.

Есть, однако, один практически важный случай, когда формула (1) применима к протяженным телам. Можно доказать, что сферические тела, плотность которых зависит только от расстояний до их центров, при расстояниях между ними, больших суммы их радиусов, притягиваются с силами, модули которых определяются формулой (1). В этом случае R – это расстояние между центрами шаров.

И наконец, так как размеры падающих на Землю тел много меньше размеров Земли, то эти тела можно рассматривать как точечные. Тогда под R в формуле (1) следует понимать расстояние от данного тела до центра Земли.

Между всеми телами действуют силы взаимного притяжения, зависящие от самих тел (их масс) и от расстояния между ними.

Физический смысл гравитационной постоянной

Из формулы (1) находим

\(G = F \cdot \frac {R^2}{m_1 \cdot m_2}\).

Отсюда следует, что если расстояние между телами численно равно единице (R = 1 м) и массы взаимодействующих тел тоже равны единице (m 1 = m 2 = 1 кг), то гравитационная постоянная численно равна модулю силы F . Таким образом (физический смысл ),

гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей на тело массой 1 кг со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между телами, равном 1 м .

В СИ гравитационная постоянная выражается в

.

Опыт Кавендиша

Значение гравитационной постоянной G может быть найдено только опытным путем. Для этого надо измерить модуль силы тяготения F , действующей на тело массой m 1 со стороны тела массой m 2 при известном расстоянии R между телами.

Первые измерения гравитационной постоянной были осуществлены в середине XVIII в. Оценить, правда весьма грубо, значение G в то время удалось в результате рассмотрения притяжения маятника к горе, масса которой была определена геологическими методами.

Точные измерения гравитационной постоянной впервые были проведены в 1798 г. английским физиком Г. Кавендишем с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схематично крутильные весы показаны на рисунке 4.

Кавендиш закрепил два маленьких свинцовых шара (диаметром 5 см и массой m 1 = 775 г каждый) на противоположных концах двухметрового стержня. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. Для этой проволоки предварительно определялись силы упругости, возникающие в ней при закручивании на различные углы. Два больших свинцовых шара (диаметром 20 см и массой m 2 = 49,5 кг) можно было близко подводить к маленьким шарам. Силы притяжения со стороны больших шаров заставляли маленькие шары перемещаться к ним, при этом натянутая проволока немного закручивалась. Степень закручивания была мерой силы, действующей между шарами. Угол закручивания проволоки (или поворота стержня с малыми шарами) оказался столь малым, что его пришлось измерять с помощью оптической трубы. Результат, полученный Кавендишем, только на 1% отличается от значения гравитационной постоянной, принятого сегодня:

G ≈ 6,67∙10 -11 (Н∙м 2)/кг 2

Таким образом, силы притяжения двух тел массой по 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга, по модулям равны всего лишь 6,67∙10 -11 Н. Это очень малая сила. Только в том случае, когда взаимодействуют тела огромной массы (или по крайней мере масса одного из тел велика), сила тяготения становится большой. Например, Земля притягивает Луну с силой F ≈ 2∙10 20 Н.

Гравитационные силы – самые «слабые» из всех сил природы. Это связано с тем, что гравитационная постоянная мала. Но при больших массах космических тел силы всемирного тяготения становятся очень большими. Эти силы удерживают все планеты возле Солнца.

Значение закона всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения лежит в основе небесной механики – науки о движении планет. С помощью этого закона с огромной точностью определяются положения небесных тел на небесном своде на многие десятки лет вперед и вычисляются их траектории. Закон всемирного тяготения применяется также в расчетах движения искусственных спутников Земли и межпланетных автоматических аппаратов.

Возмущения в движении планет . Планеты не движутся строго по законам Кеплера. Законы Кеплера точно соблюдались бы для движения данной планеты лишь в том случае, когда вокруг Солнца обращалась бы одна эта планета. Но в Солнечной системе планет много, все они притягиваются как Солнцем, так и друг другом. Поэтому возникают возмущения движения планет. В Солнечной системе возмущения невелики, потому что притяжение планеты Солнцем гораздо сильнее притяжения другими планетами. При вычислении видимого положения планет приходится учитывать возмущения. При запуске искусственных небесных тел и при расчете их траекторий пользуются приближенной теорией движения небесных тел – теорией возмущений.

Открытие Нептуна . Одним из ярких примеров триумфа закона все-мирного тяготения является открытие планеты Нептун. В 1781 г. английский астроном Вильям Гершель открыл планету Уран. Была вычислена ее орбита и составлена таблица положений этой планеты на много лет вперед. Однако проверка этой таблицы, проведенная в 1840 г., показала, что данные ее расходятся с действительностью.

Ученые предположили, что отклонение в движении Урана вызвано притяжением неизвестной планеты, находящейся от Солнца еще дальше, чем Уран. Зная отклонения от расчетной траектории (возмущения движения Урана), англичанин Адаме и француз Леверрье, пользуясь законом всемирного тяготения, вычислили положение этой планеты на небе. Адаме раньше закончил вычисления, но наблюдатели, которым он сообщил свои результаты, не торопились с проверкой. Тем временем Леверрье, закончив вычисления, указал немецкому астроному Галле место, где надо искать неизвестную планету. В первый же вечер, 28 сентября 1846 г., Галле, направив телескоп на указанное место, обнаружил новую планету. Ее назвали Нептуном.

Таким же образом 14 марта 1930 г. была открыта планета Плутон. Оба открытия, как говорят, были сделаны «на кончике пера».

При помощи закона всемирного тяготения можно вычислить массу планет и их спутников; объяснить такие явления, как приливы и отливы воды в океанах, и многое другое.

Силы всемирного тяготения – самые универсальные из всех сил природы. Они действуют между любыми телами, обладающими массой, а массу имеют все тела. Для сил тяготения не существует никаких преград. Они действуют сквозь любые тела.

Литература

  1. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1992. – 191 с.
  2. Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. – М.: Дрофа, 2002. – 496 с.

3.2 Закон Всемирного тяготения – Физика по учебнику 10 класса

 Закон всемирного тяготения:
  Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
   Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной.
   Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при m1=m2=1 кг и R=1 м получаем G=F(численно).
   Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (4.5) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис.4.2). Подобного рода силы называются центральными.
   
   Определение гравитационной постоянной. Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определенное наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения дает новую связь между известными величинами с определенными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ: Н•м2/кг23/(кг•с2).
   Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами. Использовать для этого астрономические наблюдения нельзя, так как определить массы планет, Солнца, да и Земли, можно лишь на основе самого закона всемирного тяготения, если значение гравитационной постоянной известно. Опыт должен быть проведен на Земле с телами, массы которых можно измерить на весах.
   Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы – самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10-9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.
   Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 4.3. На тонкой упругой нити подвешено легкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжелых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения. Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.
   Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:
   Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большой величины. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F≈2•1020 H.

Закон всемирного тяготения. Примеры силы тяготения в повседневной жизни и в космосе

При изучении школьного курса физики важной темой раздела механики является Закон всемирного тяготения. В данной статье подробнее рассмотрим, что он собой представляет, и с помощью какой математической формулы описывается, а также приведем примеры силы тяготения в повседневной жизни человека и космических масштабах.

Кто открыл Закон всемирного тяготения

Прежде чем приводить примеры силы всемирного тяготения, расскажем кратко, кому приписывают ее открытие.

С давних времен люди наблюдали за звездами и планетами и знали, что они движутся по определенным траекториям. Кроме того, любой человек, не обладающий специальными знаниями, понимал, что как бы далеко и высоко он не бросал камень или другой предмет, тот всегда падал на землю. Но ни один из людей даже не догадывался, что процессами на Земле и небесными телами управляет один и тот же природный закон.

В 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал научный труд, в котором впервые изложил математическую формулировку Закона всемирного тяготения. Конечно же, Ньютон не самостоятельно пришел к этой формулировке, что признавал лично. Он использовал некоторые идеи своих современников (например, существование обратной пропорциональности от квадрата расстояния силы притяжения между телами), а также накопленный экспериментальный опыт о траекториях движения планет (три закона Кеплера). Гений Ньютона проявил себя в том, что проанализировав весь имеющийся опыт, ученый смог его оформить в виде стройной и практически пригодной теории.

Формула силы тяготения

Кратко сформулировать Закон всемирного тяготения можно так: между всеми телами во Вселенной существует сила притяжения, которая обратно пропорциональна квадрату дистанции между их центрами масс и прямо пропорциональна произведению самих масс тел. Для двух тел с массами m1 и m2, которые друг от друга находятся на расстоянии r, изучаемый закон запишется в виде:

F = G*m1*m2/r2.

Здесь величина G – это постоянная гравитации.

Силу притяжения можно рассчитывать по этой формуле во всех случаях, если расстояния между телами достаточно велики по сравнению с их размерами. В противном случае, а также в условиях сильной гравитации вблизи массивных космических объектов (нейтронных звезд, черных дыр) следует использовать разработанную Эйнштейном теорию относительности. Последняя рассматривает гравитацию как результат искажения пространства-времени. В классическом же законе Ньютона гравитация – это результат взаимодействия тел с некоторым энергетическим полем, подобно электрическому или магнитному полям.

Проявление силы тяготения: примеры из повседневной жизни

Во-первых, в качестве таких примеров можно назвать любые падения тел с некоторой высоты. Например, листа или знаменитого яблока с дерева, падение камня, капель дождя, явления горных обвалов и оползней. Во всех этих случаях тела стремятся к центру нашей планеты.

Во-вторых, когда учитель просит учащихся: “Приведите примеры силы тяготения”, то им также следует вспомнить о существовании у всех тел веса. Когда телефон лежит на столе или когда человек взвешивается на весах, в этих случаях тело давит на опору. Вес тела – это яркий пример проявления силы тяготения, который совместно с реакцией опоры образует пару уравновешивающих друг друга сил.

Если формулу из предыдущего пункта использовать для земных условий (подставить в нее массу планеты и ее радиус), то можно получить следующее выражение:

F = m*g

Именно его используют при решении задач с силой тяжести. Здесь g – это ускорение, сообщаемое всем телам независимо от их массы при свободном падении. Если бы не существовало сопротивления воздуха, то тяжелый камень и легкое перышко падали бы за одно и то же время с одинаковой высоты.

Тяготение во Вселенной

Каждый знает, что Земля вместе с другими планетами вращается вокруг Солнца. В свою очередь, Солнце, находясь в одном из рукавов спиральной галактики Млечный путь, вращается вместе с сотнями миллионов звезд вокруг ее центра. Сами галактики также приближаются друг к другу в так называемых местных скоплениях. Если вернуться назад в масштабах, то следует вспомнить спутники, которые вращаются вокруг своих планет, астероиды, которые на эти планеты падают или пролетают рядом. Все перечисленные случаи можно вспомнить, если учитель просит школьников: “Приведите примеры силы тяготения”.

Отметим, что в последние десятилетия вопрос главной силы в космическом масштабе поставлен под сомнение. В локальном космосе ею без сомнения является сила гравитации. Однако, рассматривая вопрос на уровне галактики, в игру вступает иная, пока еще неизвестная сила, связанная с темной материей. Последняя проявляет себя в виде антигравитации.

Сила всемирного тяготения формула выразить массу. Закон всемирного тяготения

Аристотель утверждал, что массивные предметы падают на землю быстрее лёгких.

Галилей в начале XVII века показал, что все предметы падают «одинаково». И примерно в то же время Кеплер задумывался, что заставляет планеты двигаться по своим орбитам. Быть может, это магнетизм? Исаак Ньютон свел все эти движения к действию единой силы, называемой гравитацией, которая подчиняется простым универсальным законам.

Галилей экспериментально показал, что путь, пройденный телом, падающим под действием гравитации, пропорционален квадрату времени падения: шар, падающий в течение двух секунд, пройдет вчетверо больший путь, чем такой же предмет в течение одной секунды. Также Галилей показал, что скорость прямо пропорциональна времени падения, и вывел отсюда, что пушечное ядро летит по параболической траектории — одному из видов конических сечений, как и эллипсы, по которым, согласно Кеплеру, движутся планеты. Но откуда эта связь?

Ньютон предположил, что Луну следует рассматривать как снаряд, который движется по искривленной траектории, поскольку на него действует земное тяготение. Поверхность Земли тоже искривлена, так что при достаточно быстром движении снаряда его искривленная траектория будет следовать за кривизной Земли, и он станет «падать» вокруг планеты. Если увеличить скорость снаряда, его траектория вокруг Земли вытянется в эллипс.

Когда в середине 1660-х годов Кембриджский университет закрылся на время Великой эпидемии чумы, Ньютон вернулся в семейную усадьбу и там сформулировал свой закон тяготения, хотя и держал его потом в тайне еще 20 лет. (Историю об упавшем яблоке никто не слыхал, пока восьмидесятилетний Ньютон не рассказал эту байку после большого званого ужина.)

Он предположил, что все предметы во Вселенной порождают гравитационную силу, притягивающую другие объекты (подобно тому, как яблоко притягивается к Земле), и эта самая сила гравитации определяет траектории, по которым движутся в космосе звезды, планеты и другие небесные тела.

На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

Закон обратных квадратов

Ньютон сумел рассчитать величину ускорения Луны под влиянием земной гравитации и нашел, что она в тысячи раз меньше, чем ускорение предметов (того же яблока) вблизи Земли. Как такое может быть, если они движутся под действием одной и той же силы?

Объяснение Ньютона состояло в том, что сила тяготения ослабевает с расстоянием. Объект на поверхности Земли в 60 раз ближе к центру планеты, чем Луна. Притяжение на орбите Луны составляет 1/3600, или 1/602, от того, что действует на яблоко. Таким образом, сила притяжения между двумя объектами — будь это Земля и яблоко, Земля и Луна или Солнце и комета — обратно пропорциональна квадрату разделяющего их расстояния. Удвойте расстояние, и сила уменьшится вчетверо, утройте его — сила станет меньше в девять раз и т. д. Сила также зависит от масс объектов — чем больше масса, тем сильнее гравитация.

Закон всемирного тяготения можно записать в виде формулы:


F = G(Mm/r 2).

Где: сила гравитации равна произведению большей массы M и меньшей массы m , деленному на квадрат расстояния между ними r 2 и помноженному на гравитационную постоянную, обозначаемую заглавной буквой G (строчная g обозначает вызванное тяготением ускорение).

Эта постоянная определяет притяжение между любыми двумя массами в любой точке Вселенной. В 1789 году ее использовали для вычисления массы Земли (6·1024 кг). Законы Ньютона замечательно предсказывают силы и движения в системе из двух объектов. Но при добавлении третьего всё значительно усложняется и приводит (спустя 300 лет) к математике хаоса.

Когда он пришел к великому результату: одна и та же причина вызывает явления поразительно широкого диапазона – от падения брошенного камня на Землю до движения огромных космических тел. Ньютон нашел эту причину и смог точно выразить ее в виде одной формулы – закона всемирного тяготения.

Так как сила всемирного тяготения сообщает всем телам одно и то же ускорение независимо от их массы, то она должна быть пропорциональна массе того тела, на которое действует:

Но поскольку, например, Земля действует на Луну с силой, пропорциональной массе Луны, то и Луна по третьему закону Ньютона должна действовать на Землю с той же силой. Причем эта сила должна быть пропорциональна массе Земли. Если сила тяготения является действительно универсальной, то со стороны данного тела на любое другое тело должна действовать сила, пропорциональная массе этого другого тела. Следовательно, сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Отсюда вытекает формулировка закона всемирного тяготения.

Определение закона всемирного тяготения

Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:


Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной .

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при m 1 =m 2 =1 кг и R =1 м получаем G=F (численно).

Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (4.5) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис.4.2 ). Подобного рода силы называются центральными.


Можно показать, что однородные тела, имеющие форму шара (даже если их нельзя считать материальными точками), также взаимодействуют с силой, определяемой формулой (4.5). В этом случае R – расстояние между центрами шаров. Силы взаимного притяжения лежат на прямой, проходящей через центры шаров. (Такие силы и называются центральными.) Тела, падение которых на Землю мы обычно рассматриваем, имеют размеры, много меньшие, чем земной радиус (R≈6400 км). Такие тела можно, независимо от их формы, рассматривать как материальные точки и определять силу их притяжения к Земле с помощью закона (4.5), имея в виду, что R есть расстояние от данного тела до центра Земли.

Определение гравитационной постоянной

Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определенное наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения дает новую связь между известными величинами с определенными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ:

Н м 2 /кг 2 =м 3 /(кг с 2).

Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами. Использовать для этого астрономические наблюдения нельзя, так как определить массы планет , Солнца, да и Земли, можно лишь на основе самого закона всемирного тяготения, если значение гравитационной постоянной известно. Опыт должен быть проведен на Земле с телами, массы которых можно измерить на весах.

Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы – самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10 -9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 4.3. На тонкой упругой нити подвешено легкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжелых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения. Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.

Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:

Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большой величины. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F ≈2 10 20 H.

Зависимость ускорения свободного падения тел от географической широты

Одна из причин увеличения ускорения свободного падения при перемещении точки, где находится тело, от экватора к полюсам, состоит в том, что земной шар несколько сплюснут у полюсов и расстояние от центра Земли до ее поверхности у полюсов меньше, чем на экваторе. Другой, более существенной причиной является вращение Земли.

Равенство инертной и гравитационной масс

Самым поразительным свойством гравитационных сил является то, что они сообщают всем телам, независимо от их масс, одно и то же ускорение. Что бы вы сказали о футболисте, удар которого одинаково ускорял бы обыкновенный кожаный мяч и двухпудовую гирю? Каждый скажет, что это невозможно. А вот Земля является именно таким «необыкновенным футболистом» с той только разницей, что действие ее на тела не носит характера кратковременного удара, а продолжается непрерывно миллиарды лет.

Необыкновенное свойство гравитационных сил, как мы уже говорили, объясняется тем, что эти силы пропорциональны массам обоих взаимодействующих тел. Факт этот не может не вызывать удивления, если над ним хорошенько задуматься. Ведь масса тела, которая входит во второй закон Ньютона, определяет инертные свойства тела, т. е. его способность приобретать определенное ускорение под действием данной силы. Эту массу естественно назвать инертной массой и обозначить через m и .

Казалось бы, какое отношение она может иметь к способности тел притягивать друг друга? Массу, определяющую способность тел притягиваться друг к другу, следует назвать гравитационной массой m г .

Из механики Ньютона совсем не следует, что инертная и гравитационная массы одинаковы, т. е. что

Равенство (4.6) является непосредственным следствием из опыта. Оно означает, что можно говорить просто о массе тела как о количественной мере как инертных, так и гравитационных его свойств.

Закон всемирного тяготения является одним из самых универсальных законов природы. Он справедлив для любых тел, обладающих массой.

Значение закона всемирного тяготения

Но если подойти к этой теме, более кардинально, то выясняется, что закон всемирного тяготения не везде есть возможность его применения. Этот закон нашел свое применение для тел, которые имеют форму шара, его можно использовать для материальных точек, а также он приемлем для шара, имеющего большой радиус, где этот шар может взаимодействовать с телами, гораздо меньшими, чем его размеры.

Как вы уже догадались из информации, предоставленной на этом уроке, что закон всемирного тяготения является основой в изучении небесной механики. А как вы знаете, небесная механика изучает движение планет.

Благодаря этому закону всемирного тяготения, появилась возможность в более точном определении расположения небесных тел и возможность вычисления их траектории.

Но вот для тела и бесконечной плоскости, а также для взаимодействия бесконечного стержня и шара эту формулу применять нельзя.

С помощью этого закона Ньютон смог объяснить не только то, как движутся планеты, но и почему возникают морские приливы и отливы. По истечении времени, благодаря трудам Ньютона, астрономам удалось открыть такие планеты Солнечной системы, как Нептун и Плутон.

Важность открытия закона всемирного тяготения заключается в том, что с его помощью появилась возможность делать прогнозы солнечных и лунных затмений и с точностью рассчитывать движения космических кораблей.

Силы всемирного тяготения являются наиболее универсальными со всех сил природы. Ведь их действие распространяется на взаимодействие между любыми телами, имеющими массу. А как известно, то любое тело обладает массой. Силы тяготения действуют сквозь любые тела, так как для сил тяготения нет приград.

Задача

А теперь, чтобы закрепить знания о законе всемирного тяготения, давайте попробуем рассмотреть и решить интересную задачу. Ракета поднялась на высоту h равную 990 км. Определите, насколько уменьшилась сила тяжести, действующая на ракету на высоте h, по сравнению с силой тяжести mg, действующей на нее у поверхности Земли? Радиус Земли R = 6400 км. Обозначим через m массу ракеты, а через M массу Земли.



На высоте h сила тяжести равняется:


Отсюда вычислим:


Подстановка значение даст результат:

Легенду про то, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, получив яблоком по макушке, придумал Вольтер. Причем сам Вольтер уверял, что эту правдивую историю ему рассказала любимая племянница Ньютона Кэтрин Бартон. Вот только странно, что ни сама племянница, ни ее очень близкий друг Джонатан Свифт, в своих воспоминаниях о Ньютоне про судьбоносное яблоко никогда не упоминали. Кстати и сам Исаак Ньютон, подробно записывая в своих тетрадях результаты экспериментов по поведению разных тел, отмечал только сосуды, наполненные золотом, серебром, свинцом, песком, стеклом водой или пшеницей, ни как ни о яблоке. Впрочем, это не помешало потомкам Ньютона водить экскурсантов по саду в имении Вулсток и показывать им ту самую яблоню, пока ее не сломала буря.

Да, яблоня была, и яблоками наверняка с нее падали, но насколько велика заслуга яблока в деле открытия закона всемирного тяготения?

Споры о яблоке не затихают вот уже 300 лет, так же как и споры о самом законе всемирного тяготения верее о том, кому принадлежит приоритет открытия.ук

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

СкоростьУгловая скорость

Ускорение

Угловое ускорение

2 Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (δQ=0) между системой и окружающей средой. Адиабатическим процессами можно считать все быстропротекающие процессы. Таковым, например, можно считать процесс распространения звука в среде, так как скорость распространения звуковой волны настолько большая по значению, что обмен энергией между средой и волной произойти не успевает. Адиабатические процессы происходят в двигателях внутреннего сгорания (сжатие и расширение горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д. Из первого начала термодинамики (δQ=dU+δA) для адиабатического процесса следует, что (1) т. е. внешняя работа совершается за счет изменения внутренней энергии системы. Используя формулы δA=pdV и C V =dU m /dT, для произвольной массы газа перепишем уравнение (1) в виде (2) применив дифференцирование уравнение состояния для идеального газа pV=(m/M)RT получим (3) Исключим из (2) и (3) температуру Т. Разделив переменные и учитывая, что С p /С V =γ , найдем Проинтегрируя это уравнение в пределах от p 1 до p 2 и соответственно от V 1 до V 2 , и потенцируя, придем к выражению или Так как состояния 1 и 2 выбраны произвольно, то можно записать (4) Полученное выражение есть уравнение адиабатического процесса , называемое также уравнением Пуассона . Для перехода к переменным Т, V или p, Т исключим из (55.4) с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона соответственно давление или объем: (5) (6) Выражения (4) – (6) представляют собой уравнения адиабатического процесса. В них безразмерная величина (7) называется показателем адиабаты (или коэффициентом Пуассона ). Для одноатомных газов (Ne, He и др.), достаточно хорошо удовлетворяющих условию идеальности, i =3, γ=1,67. Для двухатомных газов (Н 2 , N 2 , О 2 и др.) i =5, γ=1,4. Значения γ, вычисленные по формуле (55.7), хорошо подтверждаются экспериментом.

Билет 22

1 Момент инерции. Момент инерции – это величина равная сумме произведений всех масс на квадраты их расстояний от некоторой оси,

I= m i r i 2 .

Моменты инерций простейших тел.

1. Материальная точка I=mr 2 .

2. Тонкий однородный стержень I=1/12ml 2 , при оси проходящей через его центр масс.

3. Обруч I=mr 2 .

4. Диск I=1/2mr 2 .

5. Шар I=2/5mr 2 .

Момент инерции для сплошного цилиндра

dI=m i r i 2 =ρ*V i * r i 2 =ρ*2*π* r i *h*dr*r 2

dI=2*π*ρ*h* r i 3 *dr

I=2*π*ρ*h{0-R}∫ r i 3 dr

I=2*π*ρ*h*(R 4 /4)-(m*R 2 /2)

Кинетическая энергия вращающения.

E k =Σ(m i w 2 R i 2)/2=w 2 /2*Σm i R i 2

E k =(I*w 2)/2 – для вращательного движения тела

E k =(I*w 2)/2+(m*v 2)/2 – для вращательного и поступательного движения.

Момент силы. Моментом силы F относительно некоторой точки O называется векторная величина M, M=r*F* Sin ,r -радиус-вектор l=r*sin , l-плечо силы. M=F*l;

Плечо силы – это кротчайшее расстояние от точки вращения до линии вдоль которой действует сила

Момент силы относительно оси это проекция момента силы относительно любой точки оси на данную ось.

2 Среди равновесных процессов, которые происходят с термодинамическими системами, отдельно рассматриваются изопроцессы, при которых один из основных параметров состояния остается постоянным. Изохорный процесс (V=const). Диаграмма этого процесса (изохора ) в координатах р, V изображается прямой, параллельной оси ординат (рис. 1), где процесс 1-2 есть изохорное нагревание, а 1-3 – изохорное охлаждение. При изохорном процессе газ не совершает работы над внешними телами, т. е. Из первого начала термодинамики (δQ=dU+δA) для изохорного процесса следует, что вся теплота, которая сообщается газу, идет на увеличение его внутренней энергии: т.к. C V =dU m /dt, Тогда для произвольной массы газа получим (1) Изобарный процесс (p=const). Диаграмма этого процесса (изобара ) в координатах р, V изображается прямой, которая параллельна оси V. При изобарном процессе работа газа при увеличения объема от V 1 до V 2 равна (2) и равна площади заштрихованного прямоугольника (рис. 2). Если использовать уравнение Менделеева-Клапейрона для выбранных нами двух состояний, то и откуда Тогда выражение (2) для работы изобарного расширения примет вид (3) Из этого выражения вытекает физический смысл молярной газовой постоянной R: если T 2 -T 1 = 1К, то для 1 моль газа R=A, т. е. R численно равна работе изобарного расширения 1 моль идеального газа при нагревании его на 1 К.


Рис.1

В изобарном процессе при сообщении газу массой m количества теплоты его внутренняя энергия возрастает на величину (т.к. C V =dU m /dt) При этом газ совершит работу, определяемую выражением (3). Изотермический процесс (T=const). Изотермический процесс описывается законом Бойля-Мариотта: Диаграмма этого процесса (изотерма ) в координатах р, V представляет собой гиперболу, которая расположена на диаграмме тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс. Исходя из формул для работы газа и уравнения Менделеева-Клайперона найдем работу изотермического расширения газа: Так как при Т=const внутренняя энергия идеального газа не изменяется: то из первого начала термодинамики (δQ=dU+δA) следует, что для изотермического процесса т. е. все количество теплоты, сообщаемое газу, расходуется на совершение им работы против внешних сил: (4) Значит, для того чтобы при расширении газа температура не становилась меньше, к газу в течение изотермического процесса необходимо подводить количество теплоты, равное внешней работе расширения.

Все тела взаимодействуют друг с другом. Это предположение зародилось у Ньютона в 1667 году. Ньютон понимал, что для того, чтобы Луна вращалась вокруг Земли, а Земля и другие планеты вокруг Солнца, должна существовать сила, удерживающая их на круговой орбите. Он предположил, что сила тяжести, действующая на все тела на Земле и сила, удерживающая планеты на их круговых орбитах, есть одна и та же сила. Эта сила получила название сила всемирного тяготения или гравитационная сила . Эта сила является силой притяжения и действует между всеми телами. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения : две материальные точки притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними .

Коэффициент пропорциональности G во времена Ньютона был неизвестен. Впервые он был экспериментально измерен английским ученым Кавендишем. Этот коэффициент называется гравитационной постоянной . Ее современное значение равно . Гравитационная постоянная является одной из самых фундаментальных физических констант. Закон всемирного тяготения можно записать в векторном виде. Если сила, действующая на вторую точку со стороны первой равна F 21 , а радиус-вектор второй точки относительно первой равен R 21 , то:

Представленный вид закона всемирного тяготения справедлив только для гравитационного взаимодействия материальных точек. Для тел произвольной формы и размеров его использовать нельзя. Вычисление гравитационной силы в общем случае является очень непростой задачей. Однако, есть тела, не являющиеся материальными точками, для которых гравитационную силу можно считать по приведенной формуле. Это тела, обладающие сферической симметрией, например, имеющие форму шара. Для таких тел приведенный закон справедлив, если под расстоянием R понимать расстояние между центрами тел. В частности силу тяжести, действующую на все тела со стороны Земли можно считать по этой формуле, так как Земля имеет форму шара, а все остальные тела можно считать материальными точками по сравнению с радиусом Земли.

Так как сила тяжести является гравитационной силой, то можно написать, что сила тяжести, действующая на тело массой m равна

Где М З и R З – масса и радиус Земли. С другой стороны сила тяжести равна mg, где g – ускорение свободного падения. Значит ускорение свободного падения равно

Это формула для ускорения свободного падения на поверхности Земли. Если удаляться от поверхности Земли, то расстояние до центра Земли будет увеличиваться, а ускорение свободного падения соответственно уменьшаться. Так на высоте h над поверхностью Земли ускорение свободного падения равно:

Читайте также…

“Закон всемирного тяготения”. 9-й класс

Цель урока:

  • создавать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся;
  • вывести закон всемирного тяготения;
  • способствовать развитию конвергентного мышления;
  • способствовать эстетическому воспитанию учащихся;
  • формирование коммуникационного общения;

Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook.

Метод ведения урока: в форме беседы.

План урока

  1. Организация класса
  2. Фронтальный опрос
  3. Изучение нового материала
  4. Закрепление
  5. Закрепление домашнее задание

Цель урока – научиться моделировать условия задачи и овладеть различными способами их решения.

Содержание

1 слайд – заголовок

2-6 слайд – как был открыт закон всемирного тяготения

Из истории физики…

Датский астроном Тихо Браге (1546-1601), долгие годы наблюдавший за движением планет, накопил огромное количество интересных данных, но не сумел их обработать.

Иоганн Кеплер (1571-1630) используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдений Тихо Браге, установил законы движения планет вокруг Солнца, однако и он не смог объяснить динамику этого движения.

Исаак Ньютон открыл этот закон в возрасте 23 лет, но целых 9 лет не публиковал его, так как имевшиеся тогда неверные данные о расстоянии между Землей и Луной не подтверждали его идею. Лишь в 1667 году, после уточнения этого расстояния, закон всемирного тяготения был наконец отдан в печать.

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т.д.), вызваны одной причиной.

Окинув единым мысленным взором “земное” и “небесное”, Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной — от яблок до планет!

В 1667 г. Ньютон высказал предположение, что между всеми телами действуют силы взаимного притяжения, которые он назвал силами всемирного тяготения.

Исаак Ньютон – английский физик и математик, создатель теоретических основ механики и астрономии. Он открыл закон всемирного тяготения, разработал дифференциальное и интегральное исчисления, изобрел зеркальный телескоп и был автором важнейших экспериментальных работ по оптике. Ньютона по праву считают создателем “классической физики”.

7-8 слайд – закон всемирного тяготения

В 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения: “Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними”

.

где m1 и m2 – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между телами, G – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в природе и называемый постоянной всемирного тяготения или гравитационной постоянной.

9 слайд – Запомнить

  • Гравитационное взаимодействие – это взаимодействие ,свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу.
  • Гравитационное поле – особый вид материи, осуществляющее гравитационное взаимодействие.

10 слайд – механизм гравитационного взаимодействия

В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом: Каждое тело массой М создает вокруг себя поле, которое называют гравитационным. Если в некоторую точку этого поля поместить пробное тело массой т, то гравитационное поле действует на данное тело с силой F, зависящей от свойств поля в этой точке и от величины массы пробного тела.

11 слайд – Эксперимент Генри Кавендиша по определению гравитационной постоянной.

Английский физик Генри Кавендиш определил, насколько велика сила притяжения между двумя объектами. В результате была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить и массу Земли.

12 слайд – гравитационная постоянная

G – гравитационная постоянная, она численно равна силе гравитационного притяжения двух тел, массой по 1 кг. Каждое, находящихся на расстоянии 1 м одно от другого.

G – универсальная гравитационная постоянная

G=6,67 * 10 -11 Н м2 /кг 2

Сила взаимного притяжения всегда направлена вдоль прямой, соединяющей тела.

13 слайд – границы применимости закона

Закон всемирного тяготения имеет определенные границы применимости; он применим для:

1) материальных точек;

2) тел, имеющих форму шара;

3) шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых много меньше размеров шара.

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.

Сила тяготения очень мала и становится заметной только тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет очень большую массу (планета, звезда).

14 слайд – почему мы не замечаем гравитационного притяжения между окружающими нас телами?

Воспользуемся законом всемирного тяготения и сделаем некоторые расчёты:

Два корабля массой 50000 т каждый стоят на рейде на расстоянии 1 км друг от друга. Какова сила притяжения между ними?

Д А Н О:

F – ?

Решение:

Ответ: F = 0,17 Н

15 слайд – задача

Известно, что период обращения Луны вокруг Земли составляет 27,3 суток, среднее расстояние между центрами Луны и Земли равно 384000 километров. Вычислить ускорение Луны и найти во сколько раз оно отличается от ускорения свободного падения камня вблизи поверхности Земли, то есть на расстоянии равном радиусу Земли ( 6400 километров ).

16 слайд – выведение закона

С другой стороны, отношение расстояний от Луны и камня до центра Земли равно:

Нетрудно заметить, что

17 слайд – прямо пропорцианальня зависимость

Из второго закона Ньютона следует, что между силой и ускорением, которое она вызывает, существует прямо пропорциональная зависимость:

Следовательно, сила тяготения так же, как и ускорение, обратно пропорциональна квадрату расстояния между телом и центром Земли:

 18-19 слайд – прямо пропорцианальная зависимость

Галилео Галилей экспериментально доказал, что все тела падают на Землю с одним и тем же ускорением, называемым ускорением свободного падения (опыт с падением разных тел в трубке с откачанным воздухом)

Почему это ускорение одинаково для всех тел?

Это возможно только в том случае, если сила тяготения пропорциональна массе тела: F ~ m . Действительно, тогда, например, увеличение или уменьшение массы в два раза вызовет соответствующее изменение силы тяготения в два раза, но ускорение по второму закону Ньютона останется прежним

С другой стороны, во взаимодействии всегда участвуют два тела, на каждое из которых по третьему закону Ньютона действуют одинаковые по модулю силы:

Следовательно, сила тяготения должна быть пропорциональна массе обоих тел.

Так Ньютон пришёл к выводу, что сила тяготения между телом и Землёй прямо пропорциональна произведению их масс:

20 слайд – итоги урока

Обобщая всё выше изложенное относительно силы тяготения плане-ты Земля и любого тела, приходим к следующему утверждению : сила тяготения между телом и Землёй прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами, что можно записать в виде

Выполняется ли этот закон только для Земли или является всеобщим?

Чтобы ответить на этот вопрос, Ньютон использовал кинематические законы движения планет Солнечной системы, сформулированные немецким учёным Иоганном Кеплером на основании многолетних астрономических наблюдений датскогоучёного Тихо Браге.

21-22 слайд – Подумай и ответь

  1. Почему Луна не падает на Землю?
  2. Почему мы замечаем силу притяжения всех тел к Земле, но не замечаем взаимного притяжения между самими этими телами?
  3. Как двигались бы планеты, если бы сила притяжения Солнца внезапно исчезла?
  4. Как двигалась бы Луна, если бы она остановилась на орбите?
  5. Притягивает ли Землю стоящий на ее поверхности человеке? Летящий самолет? Космонавт, находящийся на орбитальной станции?
    – новый слайд-
    Некоторые тела (воздушные шары, дым, самолеты, птицы) поднимаются вверх, несмотря на тяготение. Как вы думаете, почему? Нет ли здесь нарушения закона всемирного тяготения?
  6. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между двумя телами?
  7. Какая сила вызывает приливы и отливы в морях и океанах Земли?
  8. Почему мы не замечаем гравитационного притяжения между окружающими нас телами?

23 слайд – Вопрос-ответ

Составьте вопросы и затем дайте ответ к рисункам 1-4.

24 слайд – Спасибо за внимание.

Определение и значение гравитации | Словарь английского языка Коллинза

Примеры “гравитации” в предложении

гравитация

Эти примеры были выбраны автоматически и могут содержать конфиденциальный контент. Подробнее… Очевидно, они передумали из-за серьезности ситуации и вместо этого отправили вертолет.

Times, Sunday Times (2016)

По крайней мере, он выступает вперед, чтобы обсудить это, что, возможно, свидетельствует о том, что Нортгемптон теперь осознает серьезность ситуации.

Times, Sunday Times (2016)

Это потому, что вес измеряет силу тяжести на массу.

Andro Linklater MEASURING AMERICA (2002)

Не должно быть никаких сомнений в серьезности преступления.

Times, Sunday Times (2011)

Мы осознаем серьезность ситуации.

Times, Sunday Times (2011)

На основании этого он смог предсказать поверхностную гравитацию на Луне.

Schneider, Hermann & Schneider, Leo The Harper Dictionary of Science in Everyday Language (1988)

Казалось, что сила логического мышления и сила гравитации были приостановлены.

Кишлански, Марк А. (редактор) Источники Запада: чтения западной цивилизации, Том 1: С самого начала to 1715 (1995)

Их тюремные сроки почти не отражали потенциальную тяжесть преступления.

Солнце (2015)

Серьезность ситуации очевидна.

Times, Sunday Times (2012)

Теория поля применима к другим силам, помимо гравитации.

Schneider, Hermann & Schneider, Leo Научный словарь Harper на повседневном языке (1988)

Подробнее…

Серьезность ситуации теперь неизбежна.

Times, Sunday Times (2011)

Сила тяжести прижимала его к сиденью, так что он не мог поднять его вес.

Лен Дейтон Бомбардировщик

Первый в группе, вызванной на Землю гравитацией.

Times, Sunday Times (2012)

Когда с вами случается безработица, вы чувствуете, что серьезность ситуации лежит только на вас.

Ингхам, Кристина «Жизнь без работы» (1994)

Серьезность ситуации в Непале стала очевидной после телефонных звонков в их семьи.

Times, Sunday Times (2015)

Когда эти элементы схлопываются вместе под действием силы тяжести, рождаются звезды.

Times, Sunday Times (2008)

Шел день, и серьезность ситуации становилась очевидной.

Times, Sunday Times (2013)

Что касается коммерческого вещателя, финансовая серьезность скандала становится очевидной только сейчас.

Times, Sunday Times (2007)

Прямо сейчас они направлялись прочь от него, будучи втянутыми земным притяжением на правильный путь.

Теппер, Шери С. Чума ангелов (1993)

Яблоко бросило вызов финансовому притяжению.

Times, Sunday Times (2010)

Ожидается, что суд примет во внимание тяжесть его преступлений, состояние его содержания под стражей и его психическое здоровье.

The Sun (2010)

Более половины удалось полностью отвлечь от преступлений, а тяжесть преступлений, совершенных другими, была снижена.

Times, Sunday Times (2010)

Отчеты показывают, что эксперты изучали многочасовые лунные кадры 1970-х годов, пытаясь узнать больше о влиянии лунной гравитации на людей.

Христианство сегодня (2000)

Один источник сказал: «Это просто бросило вызов финансовому притяжению.

Times, Sunday Times (2009)

Относительное богатство Юго-Востока, похоже, увеличилось, и центр экономического притяжения, возможно, сместился дальше на юг.

Форрест, Рэй и Мюри, Алан и Уильямс, Питер Домовладение – дифференциация и фрагментация (1990)

определение силы тяжести по The Free Dictionary

гравитация

(grăv′ĭ-tē) n. 1. Физика

а. Естественное притяжение между физическими телами, особенно когда одно из тел – небесное тело, такое как Земля.

2. Тяжелые последствия; серьезность или важность: они все еще не осознают серьезность своих проблем.

3. Торжественность или достоинство поведения.


Словарь английского языка American Heritage®, пятое издание. Авторские права © 2016 Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt.Опубликовано Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

гравитация

(ˈɡrævɪtɪ) n , pl -ties

1. (Общая физика) сила притяжения, которая перемещает или стремится перемещать тела к центру небесного тела, такого как Земля или луна

4. серьезность или важность, особенно как следствие действия или мнения

5. манера или поведение, которое является торжественным или достойным

6. (Классическая музыка) низкая высота звука

7. (Общая физика) ( модификатор ) гравитации или гравитации или их эффектов или связанных с ними: гравитационная волна; гравитационная подача.

[C16: от латинского gravitās weight, от gravis heavy]

Словарь английского языка Коллинза – полный и несокращенный, 12-е издание, 2014 г. © HarperCollins Publishers 1991, 1994, 1998, 2000, 2003, 2006, 2007, 2009, 2011, 2014

грав • i • ty

(ˈgræv ɪ ti)

н., пл. -е гг.

1. сила притяжения, под действием которой земные тела имеют тенденцию падать к центру Земли.

2. тяжесть или вес.

3. гравитация в целом.

5. серьезный или критический характер: игнорировать серьезность своей болезни.

6. серьезное или достойное поведение.

7. Снижение высоты тона, как звуков.

[1500–10; гравитация тяжесть = гравитация тяжелая тяжесть 2 + -itās -ity]

Random House Словарь колледжа Кернермана Вебстера, © 2010 K Dictionaries Ltd. Copyright 2005, 1997, 1991, Random House, Inc. . Все права защищены.

гравитация

(grăv′ĭ-tē) 1. Притяжение объектов друг к другу только потому, что они имеют массу и занимают пространство. Гравитация – самая слабая из четырех основных сил в природе, она слабее сильного ядерного взаимодействия, электромагнитного взаимодействия и слабого ядерного взаимодействия.Узнайте больше об ускорении, теории относительности.

2. Эта сила действует внутри и вокруг Земли и других массивных объектов (таких как планеты).

Знаете ли вы? Исаак Ньютон открыл гравитацию , , которую он видел как взаимное притяжение двух масс друг к другу. Ньютон разработал уравнение, которое показало, что любые два объекта во Вселенной, независимо от того, насколько далеко друг от друга или насколько малы, оказывают мгновенное гравитационное воздействие друг на друга.Однако эти эффекты уменьшаются по мере увеличения расстояния между объектами и уменьшения массы объектов, так что для многих удаленных объектов или объектов с почти любой массой влияние гравитации очень мало. Казалось, что последнее слово о гравитации было за Ньютоном, пока не появился Альберт Эйнштейн. Он отметил, что эффекты гравитации не могут быть мгновенными, поскольку они должны перемещаться с бесконечными скоростями, что противоречит его теории относительности, согласно которой ничто не может двигаться быстрее света.Он также показал, что гравитация и ускорение связаны. Представьте, сказал он, что вы астронавт, стоящий в неподвижной ракете на Земле: из-за земного притяжения ваши ноги прижимаются к полу ракеты с силой, равной вашему весу. А теперь представьте, что вы находитесь в той же ракете, в космическом пространстве, в области, где отсутствует гравитационное притяжение. Даже несмотря на то, что вы невесомые, если ракета ускоряется и ее пол упирается в ваши ноги, вы чувствуете, как будто на вас действует гравитационное поле.Если вы не посмотрите в окно, вы не сможете понять, покоится ли ракета на Земле или ускоряется в космосе.

Научный словарь для студентов American Heritage®, второе издание. Авторские права © 2014 Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt. Опубликовано Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

гравитация

– происходит от латинского gravitas, от gravis, «тяжелый, важный» – и может применяться как к ситуациям и проблемам, так и к людям.

Словарь мелочей Farlex.© 2012 Farlex, Inc. Все права защищены.

Gravity

Медицина. – отсутствие способности распознавать вес с помощью органов чувств; отсутствие барогноза.

Медицина. сознательное восприятие веса, особенно через кожные и мышечные нервы.

Архаика. раздел физики, изучающий вес и его связь с гравитацией.

ненормальный страх перед гравитацией.

движение организма в ответ на силу тяжести.

Ботаника. реакция растения на силу тяжести. – геотропный, прил.

теории йоркширца 18-го века Джона Хатчинсона, которые включали отказ от теории тяготения Ньютона. См. Также библию; богословие. – Hutchinsonian, прил.

гипотетическая сила, противоположная гравитации, которая когда-то считалась свойством, присущим определенным телам или материалам.

Производство движения в теле, очевидно, без использования материальной силы, силы, давно востребованной медиумами и магами.Также называется телепортацией . телекинетический, прил.

наука или теория приливов и отливов.

-Ologies & -Isms. Copyright 2008 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

гравитация


Сила гравитации, измеренная на поверхности звезды, планеты или другого небесного тела.

Словарь незнакомых слов по группам Diagram Copyright © 2008 by Diagram Visual Information Limited

Определение для изучающих английский язык из Словаря учащихся Merriam-Webster

сила тяжести / ˈGrævəti / имя существительное

Определение ТЯЖЕСТИ, которое дает учащийся

[noncount]

1 : очень серьезное качество или состояние : состояние серьезное или серьезное 2 технический : естественная сила, которая заставляет физические предметы двигаться навстречу друг другу : сила, которая заставляет вещи падать на Землю – см. также центр тяжести

Что такое гравитация? – Определение и уравнения – Видео и стенограмма урока

Эксперимент с ускорением

Один из простых способов увидеть гравитацию в действии – это посмотреть, что происходит, когда вы одновременно бросаете скрепку и коробку скрепок с одной и той же высоты.Вы заметите, что скрепка и коробка со скрепками, несмотря на разницу в массе, одновременно ударились о землю.

Попробуйте это с двумя другими предметами разной массы, такими как карандаш и большой русский роман, и вы увидите, что они тоже упали на землю одновременно. Этим открытием мы обязаны ученому Галилео Галилею (1564–1642), который выдвинул теорию о том, что гравитация заставляет все объекты ускоряться или перемещаться с одинаковой скоростью, независимо от их размера.2).

Уравнение гравитационной силы

Чтобы найти гравитационную силу между массой объекта 1 и массой объекта 2 (F1 и F2), мы берем крошечное число, называемое универсальной гравитационной постоянной (G), умножаем его на массу объект 1, а затем массу объекта 2. Затем мы разделим полученное значение на квадрат расстояния или радиуса (r) между центром масс 1 и массой 2.

Универсальная гравитационная постоянная – очень маленькое число – 6.-2), если быть точным, потому что гравитация, как оказалось, не является особенно большой силой в общем плане вещей.

Скорость ускорения

Мы можем использовать Закон всемирного тяготения, чтобы доказать, что все объекты, начиная с Леброна Джеймса, падают к Земле с одинаковой скоростью. Во-первых, давайте добавим в уравнение то, что мы знаем.

Гравитационная сила между Леброном Джеймсом и Землей = (G) (масса Леброна) (масса Земли) / (расстояние между центром Леброна и Землей) ^ 2

Сила равна массе, умноженной на ускорение (f = ma), поэтому в этом случае сила на Леброне Джеймсе = (масса Леброна) (ускорение Леброна).-2) – на массу каждого объекта, а затем разделите это на квадрат расстояния или радиуса (r) между центром масс 1 и массой 2.

гравитация – определение и значение

  • Например, кажется, что все массы показывают свидетельство того, что мы обозначаем как , гравитацию .

    G.O.D. Эксперименты

  • Эта сила – это то, что мы называем гравитацией , и вы видите там [указывая на весы] большое количество воды, тяготеющей к Земле.

    “Силы материи”, доставлено перед аудиторией для несовершеннолетних в Королевском институте Великобритании во время рождественских праздников 1859-60 гг.

  • Главный вопрос обсуждения, к которому привели исследования: могут ли явления того, что мы называем гравитацией , нельзя разделить на явления магнетизма – силы, действующей на расстоянии, или силовых линий.

    Эдинбургский журнал Чемберса, No.448 Том 18, Новая серия, 31 июля 1852 г.

  • Опять же, я всегда обнаруживал, что человеческое тело обладает самым высоким качеством, которое я называю гравитацией , и которое мешает ему подняться в воздухе, как этот носильщик, должно быть, сделал, чтобы добраться до моей комнаты, если только лестница Я помню, что мое отсутствие меня не уничтожило.

    Трактат о человеческой природе

  • Опять же, я всегда обнаруживал, что человеческое тело обладает самым высоким качеством, которое я называю гравитацией , и которое мешает ему подняться в воздухе, как этот носильщик, должно быть, сделал, чтобы добраться до моей комнаты, если только лестница Я помню, что мое отсутствие меня не уничтожило.

    Трактат о природе человека

  • Опять же, я всегда обнаруживал, что человеческое тело обладает самым высоким качеством, которое я называю гравитацией , и которое мешает ему подняться в воздухе, как этот носильщик, должно быть, сделал, чтобы добраться до моей комнаты, если только лестница Я помню, что мое отсутствие меня не уничтожило.

    Трактат о человеческой природе

  • Его странное легкомыслие, которое он называет силой тяжести , после смерти дяди Белфорда.

    Кларисса Харлоу; или история юной леди – Том 6

  • Извлечение серебра, которое мы достигаем на сульфидной руде, соответствует ожиданиям технико-экономического обоснования, и первоначальные результаты, полученные на установках давления Gekko InLine, которые мы называем предварительным концентрированием Gravity , также согласуются с прогнозами технико-экономического обоснования. .

    Silver Standard Resources Генеральный директор обсуждает результаты за 3 квартал 2010 г. – Расшифровка телефонной разговора о прибылях и убытках – В поисках альфа-версии

  • Или, скорее, то, что мы называем гравитацией. – это то, что происходит, когда объект движется по измененному пути, вызванному массой другого объекта.

    Планета атеизма

  • Скот передвигается по полю, валуны медленно ползут по склонам; нет сомнений в том, что окончательный источник силы в обоих случаях один и тот же; то, что мы называем гравитацией , названием тайны, – это форма, которую она принимает в случае скал, а то, что мы называем жизненной силой, другое название тайны, – это форма, которую она принимает в случае крупного рогатого скота; Без солнечной и звездной энергии могло бы быть какое-либо движение камня или зверя?

    Дыхание жизни

  • gravity – Определение силы тяжести

    V2 Словарь пополнения словаря

    Определение: 1.серьезность или значимость чего-либо; 2. серьезная и торжественная манера поведения; 3. качество быть тяжелым; 4. гравитационная сила Земли

    Синонимы: важность, значимость, серьезность, размах, вес

    Антонимы: легкость, легкомыслие, незначительность

    Советы: Гравитация относится к серьезности ситуации. Родственное прилагательное могила обычно относится к ситуации, которая важна или серьезна.Легкомыслие, антоним гравитации, относится к легкости и расслабленному чувству или отношению. Гравитация происходит от латинского корня, который означает тяжелый (подумайте о гравитационном притяжении земли, которое нас прижимает), в то время как легкомыслие происходит от латинского корня, который означает легкий или плавающий. Думайте о гравитации как о «тяжести», как о «серьезности», а о легкомыслии – как о «легкости».

    Примеры использования:

    Надеюсь, вы понимаете серьезность этой ситуации и сделаете все, что в ваших силах, чтобы решить эту проблему.(значение, величина)

    Серьезность, с которой она посмотрела на меня, подсказала мне, что сейчас не время для шуток. (серьезный) прилагательное

    Что мы можем сделать, чтобы уменьшить серьезность этой проблемы? (величина, серьезность)

    Никто не осознавал, насколько серьезно он болен, пока не стало слишком поздно. (серьезно, значительно) прилагательное


    Хотите узнать больше таких слов, как gravity ?
    Узнайте, как можно улучшить свой
    Словарный запас от 10 до 100 раз быстрее с
    Построитель Power Vocabulary

    Дорогой друг,

    Определение и уроки для слова гравитация были доступны по Power Vocabulary Строитель.

    Power Vocabulary Builder поможет вам создать более полный и богатый словарный запас от 10 до 100 раз быстрее, чем любая другая доступная программа.

    Посетите власть Сайт Vocabulary Builder прямо сейчас, чтобы узнать, как вы можете получить полную доступ к этой прорывной программе сегодня!

    определение силы тяжести | Словарь английских определений

    гравитация
    n

    1 сила притяжения, которую тела оказывают друг на друга в результате своей массы

    2 любой процесс или результат, вызванный этим взаимодействием, например падение тела на поверхность земли (также называемый) гравитация См. Также → Закон всемирного тяготения Ньютона
    гравитационный прил.
    гравитационно adv

    шкала плотности API
    n шкала силы тяжести Американского института нефти: общепринятая шкала относительной плотности жидкостей, которая используется в топливной технологии и измеряется в градусах API.Один градус по API равен (141,5 / день) – 13,5, где d = относительная плотность при 288,7 К
    См. Также → Шкала Бауме

    центр тяжести
    n точка, через которую всегда действует равнодействующая гравитационных сил на тело

    Плотность
    n pl , -сы

    1 сила притяжения, которая перемещает или стремится переместить тела к центру небесного тела, такого как Земля или Луна

    2 свойство быть тяжелым или иметь вес
    См. Также → удельный вес → центр тяжести

    3 другое название для → гравитация

    4 серьезность или важность, особенно.вследствие действия или мнения

    5 торжественное или достойное поведение или поведение

    Шестерня 6

    7 модификатор или относящийся к гравитации или гравитации или их эффектам
    гравитационная волна, гравитационная подача
    (C16: от латинского gravitas вес, от gravis Heavy)

    гравитационная ячейка
    n электролитическая ячейка, в которой электроды находятся в двух разных электролитах, разделенных на два слоя разницей в их относительной плотности

    гравитационная плотина
    n плотина, вес которой достаточно велик, чтобы предотвратить ее опрокидывание

    гравитационный разлом
    n разлом, в котором породы на верхней стороне наклонной плоскости разлома смещены вниз; нормальная неисправность

    гравитационная платформа
    n (в нефтяной промышленности) буровая платформа, которая опирается непосредственно на морское дно и удерживается на месте за счет собственного веса; обычно делается из железобетона

    Гравитационная шкала
    n См. → Шкала плотности в градусах API

    гравитационная волна
    n (физика)

    1 волна, распространяющаяся в гравитационном поле, возникшая в результате ускоряющейся массы

    2 поверхностная волна на воде или другой жидкости, распространяющаяся из-за веса жидкости в гребнях (также называется) гравитационная волна

    квантовая гравитация
    n (физика) теория гравитационного взаимодействия, которая использует квантовую механику для объяснения силы

    удельный вес
    n отношение плотности вещества к плотности воды
    См. → относительная плотность

    невесомость
    n состояние невесомости

    .

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *