Конспект урока по физике 9 класса. Тема "Закон всемирного тяготения"

Тема: Закон всемирного тяготения

Датский астроном Тихо Браге многие годы наблюдал за движением планет, накопил многочисленные данные, но не сумел их обработать

Это сделал его ученик Иоганн Кеплер. Используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдении Тихо Браге, Кеплер установил законы движения планет вокруг Солнца.

Исаак Ньютон

Но Кеплер не сумел объяснить динамику движения. Почему планеты обращаются вокруг Солнца именно по таким законам? На этот вопрос сумел ответить Исаак Ньютон, используя законы движения, установленные Кеплером, и общие законы динамики.

1.Падение тел на Землю
2.Обращение планет вокруг Солнца
3.Движение Луны вокруг Земли
4. Приливы и отливы и т.д.

Притягивается ли Солнце к планетам?

Почему яблоко или другое тело падет на Землю ?

Притягивается ли Земля к яблоку?

Притягивается ли Земля к Луне?

Почему образуются приливы и отливы?

Анализируя явления, проведя многочисленные расчеты, Ньютон пришел к выводу:

Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения в возрасте 23 года анализирую движение Луны вокруг Земли , но 9 лет не публиковал, так как неверные данные о расстоянии между Землей и Луной не подтверждали его идею. И только когда было уточнено это расстояние, Ньютон в 1667 г. опубликовал закон всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения.

Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними

F-модуль силы всемирного тяготения( силы гравитационного взаимодействия двух тел),Н
m1, m2-массы тел, кг
R(r)-расстояние между телами, м
G - гравитационная постоянная.?

Генри Кавендиш-английский физик

Впервые экспериментально определил числовое значение гравитационной постоянной в 1788 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами.
 

Конструкция прибора Кавендиша

Кавендиш закрепил два маленьких свинцовых шара на противоположных концах двухметрового стержня. Стержень был подвешен на тонкой проволоке. Два больших свинцовых шара близко подводились к маленьким. Силы притяжения со стороны больших шаров заставляли маленькие перемещаться, при этом проволока закручивалась. Степень закручивания была мерой силы, действующей между шарами. 

Эксперимент показал, что гравитационная постоянная равна


G = 6,67 • 10 -11 Нм2/кг2.

Физический смысл:
гравитационная постоянная численно равна модулю силы притяжения двух тел массой по 1 кг, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

Направлена сила тяготения- вдоль прямой, соединяющей материальные точки (центры масс)

Границы (пределы) применения закона всемирного тяготения

Формула дает точный расчет
А)для материальных точек
Б)для тел, имеющих форму шара;
В)для шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых значительно меньше размеров шара.

Сила всемирного тяготения- сила, которая «управляет миром»

Практическая значимость закона в астрономии

С помощью закона всемирного тяготения и законов Ньютона были определены траектории движения планет Солнечной системы, рассчитаны их координаты в любой момент времени на много лет вперед.

Одним из наиболее ярких в истории астрономии подтверждений справедливости закона тяготения явилось открытие в 1845—46 планеты Нептун — результат предварительных теоретических расчётов, предсказавших положение планеты.

История открытия планеты Нептун

Когда была открыта планета Уран, на основе закона всемирного тяготения рассчитали ее орбиту. Но истинная орбита планеты не совпала с расчетной. Предположили, что изменение орбиты вызвано наличием еще одной планеты, находящейся за Ураном, которая своей силой тяготения изменяет его орбиту. Чтобы найти новую планету, необходимо было решить систему из 12 дифференциальных уравнении с 10 неизвестными. Эту задачу выполнил английский студент Джон Адамс, решение он отправил в Английскую академию наук. Но там на его работу не обратили внимания. А французский математик Леверье, решив задачу, на основании закона всемирного тяготения сумел вычислить место положения этой планеты, послал результат итальянскому астроному Иоганну Галле. И гот, в первый же вечер наведя свою трубу в указанную точку, обнаружил новую планету, которую назвали Нептун. И только несколько лет спустя в научном мире и заслуга Джона Адамса в открытии Нептуна. Подобным же образом в 30-е годы нашего столетия была открыта и 9-я планета Солнечной системы -Плутон

Объяснение закона на основе современных научных теорий. 

Выведенный на основании результатов наблюдений, с неизбежностью приближённых расчетов, закон всемирного тяготения Ньютона представлял собой вначале рабочую гипотезу. В дальнейшем потребовалась колоссальная работа в течение более чем двухсот лет для строгого обоснования этого закона.

F-модуль силы всемирного тяготения( силы гравитационного взаимодействия двух тел),Н
m1, m2-массы тел, кг
R(r)-расстояние между телами, м
С - гравитационная постоянная.
G = 6,67 • 10 -11 Нм2/кг2