Введение
Данный урок является началом изучения вопросов, связанных с силами в природе. Первая в ряду этих сил стоит сила, которая обеспечивает движение небесных тел, – гравитационная. В позапрошлом веке говорили, что эта сила правит мирами.
Изучение движения планет
Людей всегда интересовал вопрос движения планет. Начиная со времён Галилея, когда был изобретён телескоп, люди смогли пристально наблюдать за небесными телами, фиксировать их местоположение, тем самым получать сведения об их движении. В результате наблюдения невооружённым глазом и с помощью телескопа накопилось много фактов, которые рассказывали о том, что небесные тела на небосводе описывают непонятные петли. То есть сначала наблюдается движение планеты вперёд, затем планета возвращается обратно, и всё время такое движение повторяется.
В то время господствовала геоцентрическая (вокруг неподвижной Земли вращаются планеты и звёзды) теория Птолемея (см. Рис. 1), и для описания поведения небесных тел создавались модели, в которых сложные видимые движения планет объяснялись как результат сложений нескольких равномерных движений по окружностям. Всё изменилось, когда польский учёный Николай Коперник в центр мира «поместил» Солнце. В этом случае система отсчёта изменилась и стало ясно, что все планеты обращаются вокруг Солнца. Сложное на первый взгляд видимое петлеобразное движение планет очень просто объяснилось сочетанием кругового движения планет с круговым движением Земли в том же направлении.
Рис. 1. Птолемей (ок. 100 – ок. 170) (Источник)
Попытки объяснить движения планет осуществлялись разными учёными. Однако именно Роберту Гуку (см. Рис. 2) удалось сопоставить движение планет с действующими силами. Он догадался, что Солнце притягивает к себе все планеты, что движение планет обеспечивается именно Солнцем.
Рис. 2. Роберт Гук (1635–1703) (Источник)
Следующий шаг в изучении движения планет был сделан Ньютоном (см. Рис. 3), который рассматривал направление действия силы по направлению ускорения (если посмотреть по направлению ускорения планет, то мы увидим Солнце). Ньютон впервые рассчитал направление и траекторию движения планет. В результате того, что измерения были неточными, он не стал публиковать свои результаты. Это привело к тому, что между двумя учеными, Робертом Гуком и Ньютоном, продолжался очень долгое время спор о приоритете открытия движения планет вокруг Солнца и, самое главное, – о всемирном тяготении. Ведь именно Гук первый опубликовал работу в 1674 году, в которой утверждал, что взаимодействуют между собой не только планеты и Солнце, но и планеты друг с другом. Как гласит история, Ньютон догадался о таком взаимодействии ещё в 1666 году, но по указанным выше причинам свои выводы не публиковал.
Рис. 3. Исаак Ньютон (1642–1727) (Источник)
Гравитационное взаимодействие
Силы взаимодействия между планетами и между планетами и Солнцем стали называться гравитационными, что в переводе с латинского означает «тяжесть».
Взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу, называют гравитационными, а само явление – явление всемирного тяготения, или гравитацией.
Можно сказать, что Исаак Ньютон в своей работе, которую он опубликовал в 1698 году, совершенно четко показал, что между планетами существует взаимодействие. Это взаимодействие осуществляется особым полем, которое стали называть гравитационным. У этого поля есть некоторые особенности. Самая главная и самая интересная особенность – поле является всепроникающим. Дело в том, что от электрического поля и от магнитного можно защититься, есть возможность поставить барьер действию этого поля. А от гравитационного поля защититься невозможно. То есть каждый раз, когда мы ставим на пути гравитационного поля какой-либо барьер, мы ощущаем действие этого поля и за этим барьером.
Гравитационное взаимодействие зависит от массы тела. Причем чем масса больше, тем и гравитационное взаимодействие будет более интенсивным.
Также Ньютон вывел два соотношения. Все тела, которые находятся вблизи поверхности Земли, притягиваются к ней с ускорением свободного падения. Сравнив это ускорение с ускорением Луны относительно Земли, Ньютон заметил, что ускорение свободного падения в 3600 раз больше. В то же самое время расстояние от центра Земли до Луны и радиус Земли, отличаются в 60 раз (см. Рис. 4). То есть ускорение обратно пропорционально квадрату расстояния. Это соотношение и привело к открытию закона всемирного тяготения, который будет рассмотрен на следующем уроке.
Рис. 4. Отношение расстояния от центра Земли до Луны к радиусу Земли
Необходимо отметить тот факт, что при выведении закона всемирного тяготения Ньютон использовал данные открытий многих других учёных.
Список литературы
- Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
- Касьянов В.А. Физика 10. – М.: Дрофа, 2000.
- А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Физика 9. – М. Дрофа 2009.
Домашнее задание
- Вопросы (1–3) в конце параграфа 15 (стр. 61) – А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Физика 9 (см. список рекомендованной литературы) (Источник)
- Какое взаимодействие называется гравитационным?
- Какими свойствами обладает гравитационное поле?
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
