Закон Всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Прискорення вільного падіння

ЗАКОН ВСЕСВІТНЬОГО ТЯЖІННЯ. СИЛА ТЯЖІННЯ. ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ. Тема:

ПЛАН ВИВЧЕННЯ ТЕМИ 1. Закон всесвітнього тяжіння. 2.Сила тяжіння як фізична величина. 3. Прискорення вільного падіння.

1. Гравітаційна взаємодія За сучасними уявленнями в природі існує всього чотири типи взаємодії: гравітаційна, слабка, електромагнітна, сильна. З гравітаційною взаємодією ми знайомі найбільше, тому що з нею доводиться зіштовхуватися на кожному кроці, — навіть сам процес ходіння був би неможливий без гравітаційної взаємодії. Уся практична діяльність людини на Землі пов'язана або з використанням, або з подоланням земного тяжіння. Постійно зіштовхуючись із проявом гравітації у повсякденному житті, ми звикли вважати, що гравітація — це дуже сильна взаємодія. Як важко намагатися піднімати важкі предмети або стрибати на велику висоту. Чи дійсно це так?

- Граваітаційна взаємодія – ця взаємодія властива всім тілам у Всесвіті і проявляється у їхньому взаємному притяганню один до одного . -  Гравітаційна взаємодія найслабша із всіх взаємодій. - Гравітаційне поле – особливий вид матерії, через який здійснюється гравітаційна Запамятай, що …

Історія відкриття закону всесвітнього тяжіння. Микола Коперник. Створення геліоцент- ричної системи світу стало революцій- ним переворотом у науці. Галілео Галілей. Створив телескоп, побачив супутник Юпітера. Роберт Гук. Одним з перших зрозумів, що небесні тіла втримуються на своїх орбітах через взаємне притягання. Висловив припущення,що Земне тяжіння залежить від маси тіл і відстані, але не знайшов математичний вираз залежності.

·  Датський астроном Тіхо Браге (1546-1601), довгі роки спостерігав за рухом планет, накопичив велику кількість цікавих данних, але не зміг їх обробити. ·  Іоганн Кеплер (1571-1630) використовуючи ідею Коперника про геліоцентричну систему та результати спостережень Тіхо Браге, встановив закони руху планет навкруг Сонця, та й він не зміг пояснити динаміку цього руху. ·   Ісаак Ньютон відкрив цей закон у віці 23 років, але цілих 9 років не друкував його, тому що невірні данні ,які існували на той час, про відстань між Землею й Місяцем не підтверджували його ідею. Лише у 1667 році, після уточнення цієї відстані він нарешті віддав Закон до друку.

Ньютон припустив, що ряд явищ, які як здавалося , не мають нічого спільного (падіння тіл на Землю, обертання планет навколо Сонця, рух Місяця навколо Землі, припливи та відпливи) викликані однією. З'єднавши подумки “земне” та “небесне”, Ньютон припустив, що існує єдиний закон всесвітього тяжіння, якому підвласні всі тіла у Всесвіті – від яблук до планет! Як був відкрітий закон всесвітнього тяжіння !

Закон всесвітнього тяжіння: будь-які дві матеріальні точки притягуються одна до одної із силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними: де m1 і m2 - маси матеріальних точок;  r - відстань між ними;   G - гравітаційна стала,

Фізичний зміст гравітаційної сталої: чисельно дорівнює силі, з якою притягуються два тіла масою по 1 кг кожне, знаходячись на відстані 1 м одне від одного. Гравітаційну сталу визначено експериментальним шляхом. Вперше це зробив англійський вчений Кавендіш за допомогою крутильного динамометра (крутильних терезів) G=6,67 10 -11 Н м2 /кг 2

Межі застосування закону всесвітнього закону тяжіння  Закон всесвітнього тяжіння має визначені межі застосування ! Можна застосовувати для: 1) материальных точок; 2) тіл, що мають форму кулі; 3) Кулі великого радіусу, що взаємодіє з тілами, розміри яких на багато менші розмірів кулі. Закон не можна застосовувати, наприклад для 1) взаємодії нескінченного стержня й кулі. 2) тіла і нескінченної площини; 3) при русі тіл зі швидкостями близькими до швидкості світла

Значення закону всесвітнього тяжіння: Дозволяє описувати рух планет, штучних та природних супутників, тіл Сонячної системи; Пояснює припливи та відпливи; Дає можливість прогнозувати сонячні і місяні затемнення; Дає можливість обчислювати рух космічних кораблів; Допоміг вченим відкрити найвіддаленіші планети Сонячної системи Нептун і Плутон, які теоретично обчислили їх координати

2. СИЛА ТЯЖІННЯ ЯК ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА. 1. Явище, яке характеризує величина. Сила тяжіння характеризує взаємодію Землі з тілом. 2. Означення: Сила тяжіння – це сила, з якою Земля притягує до себе тіла. Сила тяжіння – це векторна фізична величина, яка чисельно визначається добутком маси тіла і прискорення вільного падіння. 3. Позначення : Fтяж 4. Формула:

5. Одиниці вимірювання: [Fт]= 1 H (CІ) 6. Способи вимірювання: Визначається двома способами: 1)прямим вимірюванням (динамометром); 2)шляхом непрямих вимірювань (за формулою) 7. Зображується так: Fт Fт

Точку прикладання сили тяжіння, що діє на тіло, за будь-якого його положення у просторі називають центром ваги ( центром тяжіння тіла). Для однорідного симетричного тіла центр тяжіння знаходиться в центрі симетрії.

3. МОДУЛЬ СИЛИ ТЯЖІННЯ Визначається двома способами: 1)прямим вимірюванням (динамометром) 2)шляхом непрямих вимірювань (за формулою)

Земля притягує тіло масою m, яке заходиться на висоті h над її поверхнею, із силою Fт.

З іншого боку цю ж силу можна визначити за формулою Прирівнявши ці вирази отримаємо: Де G – гравітаційна стала; g – прискорення вільного падіння; h- висота на якій знаходиться тіло; М3 – маса Землі; R3 – радіус Землі.

ВИСНОВКИ З ФОРМУЛИ ПРИСКОРЕННЯ: 1. Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла; 2. Прискорення вільного падіння зменшується в разі падіння тіла над поверхнею Землі; 3. Якщо тіло перебуває на поверхні Землі або поблизу неї, то прискорення вільного падіння визначається за формулою: 4. Якщо підставити значення МЗ і RЗ у формулу і знехтувати висотою тіла над Землею (оскільки вона менша за радіус Землі), то отримаємо: 5. Дану формулу можна застосовувати для визначення прискорення вільного падіння на інших планетах, замінивши значення маси і радіуса.

Сила тяжіння залежить від широти місця, тому і прискорення вільного падіння має різні значення в різних місцях. Максимальне значення сила тяжіння і, отже, прискорення вільного падіння мають на полюсах Землі, оскільки там r = 0 і доцентрове прискорення дорівнює нулю. На полюсах сила тяжіння дорівнює силі притягання. Мінімальними значення сили тяжіння і прискорення вільного падіння будуть на екваторі.

Здавалося б, що може бути більш стабільним за силу тяжіння? Предмети, за її дії, завжди падають додолу, а не вилітають у відкритий космос – це зрозуміла усім істина, ба навіть догма. Однак, як виявилось у гравітаційному полі Землі є справжнісінькі провалля і круті піки – сила тяжіння на нашій планеті не всюди однакова! Завдяки роботі космічного Зонду із вивчення гравітаційного поля та стаціонарних циркуляцій океанічних вод (GOCE), запущеного у березні 2009 року, вчені отримали реальну форму ґеоїда. Поняття ґеоїда було введено у 1873 році німецьким математиком Йоганном Лістинґом з метою характеристики форми Землі, адже вона не є сферичною, а сплющена з полюсів. За уявну поверхню ґеоїда було взято рівень океану у “стані спокою” і гіпотетично продовжено його під поверхнею материків, в результаті, вчені отримали ідеальну фіґуру – еліпсоїд.

Як виявилось, завдяки роботі GOCE, ґеоїд не тільки не має тієї ідеальної форми еліпсоїда, а взагалі схожий на “зів’яле і зморщене за зиму яблуко” зі своїми виступами та западинами… Аналіз даних показав, що гравітаційне поле Землі має три величезні ділянки із підвищеною силою тяжіння: Північна Америка, Індія та Гімалаї, а також Південний Тихий океан з Антарктидою. Найвищий рівень гравітації встановлено у північній частині Індійського океану та півострові Індостан, де рівень поверхні океану більш, ніж на 100 м нижчий за площину еліпсоїда! Одночасно, існує й три ділянки зі слабкою гравітацією – це Північна Атлантика з Європою, Океанія з Австралією й Південним Індійським океаном. Найнижчий рівень сили земного тяжіння існує над Ісландією та Папуа-Новою Ґвінеєю – рівень океанічних вод тут підноситься приблизно на 80 м вище над площиною поверхні еліпсоїда.

Чому зі збільшенням висоти над поверхнею Землі прискорення вільного падіння зменшується? Чи може тіло під дією сили тяжіння рухатися по колу? Відповідь обґрунтуйте. Мідна і коркова кулі мають однакові маси. Порівняйте сили тяжіння, що діють на них. Обчисліть масу Землі, якщо відомо, що її радіус дорівнює 6400 км. Визначте силу тяжіння, яка діє на космонавта масою 70 кг на поверхні Марса