Урок "Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння."

Тема: Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння.

Мета: Формувати знання про дію сили всесвітнього тяжіння, про фізичний зміст гравітаційної сталої. З’ясувати роль закону всесвітнього тяжіння в поясненні руху небесних тіл; розвивати пізнавальну активність учнів.

Тип уроку: Урок  вивчення нового навчального матеріалу.

     Хід уроку.

І. Актуалізація опорних знань.

1 Які сили існують в природі?

2. Як визначити силу тяжіння? Від чого вона залежить?

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

1. Сили в природі:  сили тяжіння;

                                   електромагнітні сили;

                                   ядерні сили;

                                   слабкі взаємодії.

2. Ми знаємо, що планети, а разом з ними і наша Земля, обертаються навколо Сонця, Місяць – навколо Землі. Яка сила потрібна, щоб утримати таку планету, як Земля, на орбіті, що пролягає  на відстані кілька мільйонів км від Сонця? Від чого залежить сила взаємного притягання між небесними тілами?

 Над подібними питаннями задумувався понад 300 років тому і видатний англійський мислитель Ньютон, який у 1667 р. відкрив закон всесвітнього тяжіння.

 Пояснив динаміку руху планет Ньютон, застосувавши сформульовані ним самим же закони. Розглянемо рух деякої планети навколо Сонця, вважаючи її траєкторію колом, а рух рівномірним. На основі першого закону Ньютона можна стверджувати, що на планету має діяти певна сила, яка б не давала можливості планеті полетіти по прямій лінії (згідно із законом інерції) і звертала її щоразу на колову чи близьку до колової орбіту. Інакше кажучи, на планету має діяти сила, напрямлена не вздовж, а поперек руху, яка зумовлює зміну вектора швидкості. Другий закон Ньютона дає можливість визначити напрям цієї сили: по радіусу до центра кола, оскільки вектор сили збігається за напрямом з вектором прискорення. В центрі кола міститься Сонце, отже природно припустити, що ця сила обумовлена взаємодією планети і Сонця.

  З третього закону  Ньютона випливає , що планета і Сонце взаємодіють із силами однаковими за модулем і протилежно напрямленими. Сонце має масу незрівнянно більшу за масу планети, тому зміна руху Сонця незначна.

Ньютон дійшов висновку, що величина  F/т~1/R не залежить від характеристик планети, тобто сила, яка діє з боку Сонця, F= const(m/R²). Міркуючи над тим, від чого могло б залежати значення константи, яку містить цей вираз, Ньютон постулює, що воно визначається лише масою Сонця  М.

Так було сформульовано закон всесвітнього тяжіння: будь-які два матеріальних тіла притягують одне до одного з силою F, прямо пропорційною до їх мас т₁ іт₂ і обернено пропорційною до квадрата відстані між ними:

                                          .

Гравітаційна стала G=6,67 10^-11 Н м²/кг².

                Значення закону всесвітнього тяжіння.

1. Пояснює рівновагу Сонячної системи.
2. Визначає  масу та густину інших планет.
3. Пояснює морські припливи і відливи рухом Місяця.
4. Були відкриті планети Уран і Нептун.
5. Визначають місце і час місячних і сонячних затемнень.
   
     Межі застосування закону.

• матеріальні точки;
• однорідні кулі;
• кулі великого радіуса і тіла.

3.Визначаємо силу тяжіння.

Сила тяжіння – сила,  з якою Земля (або інше астрономічне тіло) притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї.

4. Вільне падіння.

Рух тіла лише під дією сили тяжіння називають вільним падінням.      

• Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла.  
• Прискорення вільного падіння зменшується  в разі збільшення висоти тіла над поверхнею Землі.                                              

ІІІ. Закріплення.

1. Чому ми не помічаємо протягування між навколишніми тілами?
2. Який фізичний зміст гравітаційної сталої?
3. Розв’язати задачі

Впр. 33 № 1, 2, 3

№170 (Римкевич)

Визначити порядок значення сили взаємного тяжіння двох кораблів, віддалених один від одного на 100 м, якщо маса кожного з них 10000 т.

№ 173(Р)

На якій відстані від поверхні Землі сила притягання космічного корабля до неї стане в 100 раз меншою, ніж на поверхні Землі

№178(Р)

Радіус планети Марс становить 0,53 радіуса Землі, а маса – 0,11 маси Землі. Визначити прискорення вільного падіння на Марсі.

IV. Домашнє завдання.

П. 33, Впр. 33№5