Фізика 9 клас - Закон всесвітнього тяжіння. Рух тіла під дією сили тяжіння

Закон всесвітнього тяжіння. Рух тіла під дією сили тяжіння

Шість із восьми планет Сонячної системи були відкриті завдяки спостереженням за зоряним небом. Саме так у 1781 р. англійський астроном Джон Гершель відкрив Уран. Утім, планета «поводилася» дивно: її орбіта не відповідала розрахункам, заснованим на законі всесвітнього тяжіння.

Учені припустили, що поряд є ще одна планета, яка впливає на рух Урану, та почали шукати її за допомогою математики. Розрахувати орбіту нової планети вдалося англійцю Джону Адамсу і французу Урбену Левер’є. 23 серпня 1846 р. німецький астроном Йоганн Ґалле направив телескоп на місце, вказане Левер’є, і побачив планету! Нептун – восьма планета Сонячної системи – стала першим космічним об’єктом, відкритим «на кінчику пера».

Гравітаційна взаємодія – взаємодія, яка є властивою всім тілам у Всесвіті та виявляється в їхньому взаємному притяганні одне до одного.

Гравітаційна взаємодія здійснюється за допомогою гравітаційного поля, яке існує навколо будь-якого тіла: зорі, планети, людини, молекули тощо.

І. Ньютон одержав закон всесвітнього тяжіння: будь-які два тіла притягуються одне до одного із силою, яка прямо пропорційна добутку мас цих тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Сила тяжіння – це сила, з якою Земля (або інше астрономічне тіло) притягує до себе тіла, що перебувають на її поверхні або поблизу неї. Сила тяжіння напрямлена вертикально вниз і прикладена до точки, яку називають центром тяжіння тіла.

Центр тяжіння – це зв’язана з твердим тілом точка, через яку проходить рівнодійна сил тяжіння, що діють на всі частини тіла (при будь-якому положенні тіла в просторі).

Прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла (доведено Г. Галілеєм). Прискорення вільного падіння зменшується в разі підняття тіла над поверхнею Землі (помітна зміна відбувається в разі підняття на десятки й сотні кілометрів).

Завдяки закону всесвітнього тяжіння:

описують рух природних і штучних тіл у Сонячній системі;
описують рух подвійних зір, зоряних скупчень;
обчислюють маси небесних тіл;
визначають характер руху небесних тіл, будову, еволюцію.

Межі застосування закону всесвітнього тяжіння

1) якщо розміри тіл нехтовно малі порівняно з відстанню між ними (тіла можна вважати матеріальними точками);

2) якщо обидва тіла мають кулясту форму та сферичний розподіл речовини;

3) якщо одне з тіл — куля, розміри та маса якої значно більші, ніж розміри та маса другого тіла, яке перебуває на поверхні цієї кулі або на відстані від неї.

Зверніть увагу! Закон всесвітнього тяжіння, як і більшість законів класичної механіки, застосовують тільки у випадках, коли відносна швидкість руху тіл набагато менша від швидкості поширення світла. У загальному випадку тяжіння описується загальною теорією відносності, створеною А. Ейнштейном.

Перевір себе

1. Який рух називають рівноприскореним?

2. Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння.

3. Який фізичний зміст гравітаційної сталої?

4. Якого значення може набувати гравітаційна стала?

5. Що таке прискорення вільного падіння? Чи залежить воно від маси тіла?

6. Які вчені працювали над вивченням гравітаційного поля?

7. З яким прискоренням рухається тіло, яке вільно падає? Тіло, кинуте вгору?

Задачі

1. Як зміниться сила гравітаційного притягання між двома кульками, якщо одну з них замінити іншою, вдвічі більшої маси?

2. Вимірявши гравітаційну сталу, Г. Кавендіш зміг визначити масу Землі, після чого з гордістю сказав: «Я зважив Землю». Визначте масу Землі, знаючи її радіус (RЗ ≈ 6400 км), прискорення вільного падіння на її поверхні та гравітаційну сталу.

3. Визначте прискорення вільного падіння на висоті, яка дорівнює трьом радіусам Землі.

4. Визначте гравітаційне прискорення на поверхні планети, маса якої вдвічі більша від маси Землі, а радіус вдвічі більший за радіус Землі.

5. Скористайтесь додатковими джерелами інформації і дізнайтесь про прискорення вільного падіння на поверхні планет Сонячної системи. На який планеті ви будете менше важити? Чи буде при цьому більшою ваша маса?

6. Рівняння руху тіла: х = -5t +5t2. Якими є початкова швидкість і прискорення руху тіла? Через який інтервал часу тіло змінить напрямок свого руху?

Завдання для самостійного дослідження

Лабораторія гравітаційних сил. Основи

Опис

Візуалізуйте гравітаційну силу, яку два об’єкти чинять один на одного. Розкрийте фактори, що впливають на гравітаційне притягання, і визначте, як регулювання цих факторів змінить гравітаційну силу.

Навчальні цілі

Відносьте гравітаційну силу до маси предметів та відстані між предметами.
Поясніть третій закон Ньютона щодо гравітаційних сил.
Використовуйте вимірювання для визначення універсальної гравітаційної константи.

Page updated

Google Sites