Информационные источники (основные учебники по предмету)

Группа № 11 ФИЗИКА 2 урока

Урок № 26

Тема: Пространство и время в классической механике.

Цели: сформулировать принцип относительности Галилея; продолжить формирование умений решать вычислительные и качественные задачи на применение основных законов механики.

ПЛАН

1. Пространство и время в классической механике.

Теоретический материал

В окружающем нас мире постоянно происходят различные изменения. Больше всего бросаются в глаза механические изменения, то есть, например, перемещения тех или иных тел относительно друг друга. Говоря о каких-либо перемещениях, в первую очередь нужно упомянуть о точке отсчета. Например, если вы едете в машине, то машина, несомненно, перемещается относительно Земли.

Вы, находясь в машине, тоже перемещаетесь относительно Земли. Но относительно машины, вы не перемещаетесь. Точно также, барон Мюнхгаузен может лететь на ядре и перемещаться относительно Земли, но не перемещаться относительно ядра.

Все эти перемещения подчиняются определенным закономерностям. Но самое главное — это понять, что если мы говорим о движении, то всегда подразумеваем движение относительно чего-либо.

Поэтому, механика — это наука об общих законах движения тел относительно друг друга.

Механическим движением называется перемещение тел или частей тел в пространстве относительно друг друга с течением времени.

Описать механическое движение — значит, предоставить способ определить его положение в пространстве в каждый момент времени.

Законы механики были сформулированы выдающимся ученым Исааком Ньютоном. Он был первым, кто объяснил движение небесных тел и выявил причину приливов и отливов. Также Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения.

Сформулировав основные законы механики, Исаак Ньютон фактически создал математическое описание множества процессов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Несмотря на то, что Ньютон внес огромный вклад в физику и повлиял на её последующее развитие, не все процессы можно объяснить с помощью законов механики. Например, электромагнитные явления не подчиняются законам механики Ньютона, поскольку они относятся к фундаментально другому типу явлений.

Кроме того, механика Ньютона не позволяет описать движение микроскопических тел, если те двигаются со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Поэтому, движение микроскопических частиц описывается с помощью законов квантовой механики.

Дело в том, что во времена Ньютона не было известно ничего ни об электромагнитных явлениях, ни, тем более, о строении атома и элементарных частицах. Поэтому, законы, сформулированные Ньютоном, называются классической механикой Ньютона.

Заметим, что тела, которые нас окружают, двигаются сравнительно медленно. Кроме того, размеры тел, которые мы в состоянии увидеть, довольно велики. Поэтому, их движение отлично описывается с помощью классической механики Ньютона.

Область, где применимы законы механики Ньютона, очень обширна. Мы можем использовать эти законы, если выполняется следующее:

1)Мы имеем дело с механическим явлением.

2)Тела, движение, которых мы пытаемся описать, не являются микроскопическими частицами, двигающимися со скоростью, сравнимой со скоростью света.

Как было сказано ранее, все эти явления происходят в течение какого-то промежутка времени. И, разумеется, любые перемещения происходят в пространстве. Пространство и время — это те составляющие, без которых мы не можем представить нашу жизнь. Вообразить, что значит отсутствие пространства или времени, довольно сложно. Мы относимся к существованию времени и пространства как к должному, но исчерпывающих сведений о пространстве и времени у нас нет на сегодняшний день.

Просмотреть презентацию:

https://infourok.ru/prezentaciya-po-fizike-prostranstvo-i-vremya-v-klassicheskoj-mehanike-4052237.html

Домашнее задание: проработать конспект,

Информационные источники (основные учебники по предмету)

Мякишев Г.Я. Физика. 10 класс. Учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2016. – 416 с.: ил. – (Классический курс).

Интернет-ресурсы

1. https://vuzlit.ru/2260306/prostranstvo_vremya_klassicheskoy_mehanike_nyutona

2. https://mash-xxl.info/info/476459/

3. https://yandex.ua/video/preview/?text=%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE+%D0%B8+%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F+%D0%B2+%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9+%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B5+%D0%B7%D0%B0%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B8&path=wizard&parent-reqid=1603820448484632-1511250515862185528200107-production-app-host-vla-web-yp-351&wiz_type=vital&filmId=17259608257937394040&url=http%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DZrY9DJSE7aE

Ответ отправить на адрес электронной почты: o.petrichenko07@gmail.com

Урок № 27

Тема: Сила тяжести.

Цели: рассмотреть изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость.

Задачи:

сформировать понятие гравитационных сил;
добиться усвоения закона всемирного тяготения;
сформировать понятие гравитационных сил;
совершенствовать умственную деятельность: анализ, синтез, классификация, способность наблюдать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов
добиться усвоения закона всемирного тяготения.

ПЛАН

1. Проработка теоретического материала:

1) Сила тяжести.

2) Закон всемирного тяготения.

2. Решение задач

Теоретический материал

Почему Луна движется вокруг Земли?

Что будет, если Луна остановится?

Почему планеты обращаются вокруг Солнца?

В главе 1 подробно говорилось о том, что земной шар сообщает всем телам у поверхности Земли одно и то же ускорение — ускорение свободного падения. Но если земной шар сообщает телу ускорение, то согласно второму закону Ньютона он действует на тело с некоторой силой. Силу, с которой Земля действует на тело, называют силой тяжести. Сначала найдём эту силу, а затем и рассмотрим силу всемирного тяготения.

Ускорение по модулю определяется из второго закона Ньютона:

В общем случае оно зависит от силы, действующей на тело, и его массы. Так как ускорение свободного падения не зависит от массы, то ясно, что сила тяжести должна быть пропорциональна массе:

= m (3.1)

Физическая величина — ускорение свободного падения, оно постоянно для всех тел.

На основе формулы F = mg можно указать простой и практически удобный метод измерения масс тел путём сравнения массы данного тела с эталоном единицы массы. Отношение масс двух тел равно отношению сил тяжести, действующих на тела:

Это значит, что

Важно массы тел одинаковы, если одинаковы действующие на них силы тяжести.

На этом основано определение масс путём взвешивания на пружинных или рычажных весах. Добиваясь того, чтобы сила давления тела на чашку весов, равная силе тяжести, приложенной к телу, была уравновешена силой давления гирь на другую чашку весов, равной силе тяжести, приложенной к гирям, мы тем самым определяем массу тела.

Сила тяжести, действующая на данное тело вблизи Земли, может считаться постоянной лишь на определенной широте у поверхности Земли. Если тело поднять или перенести в место с другой широтой, то ускорение свободного падения, а следовательно, и сила тяжести изменятся.

Сила всемирного тяготения. Ньютон был первым, кто строго доказал, что причина, вызывающая падение камня на Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же. Это сила всемирного тяготения, действующая между любыми телами Вселенной.

Ньютон пришёл к выводу, что если бы не сопротивление воздуха, то траектория камня, брошенного с высокой горы (рис. 3.1) с определённой скоростью, могла бы стать такой, что он вообще никогда не достиг бы поверхности Земли, а двигался бы вокруг неё подобно тому, как планеты описывают в небесном пространстве свои орбиты.

Итак, по мнению Ньютона, движение Луны вокруг Земли или движение планет вокруг Солнца — это тоже свободное падение, которое длится, не прекращаясь, миллиарды лет. Причиной такого падения (идёт ли речь действительно о падении обычного камня на Землю или о движении планет по их орбитам) служит сила тяготения.

Земля сообщает Луне ускорение, которое не зависит от массы Луны и, как показали расчёты, в (60)2 раз меньше ускорения тел на Земле. Расстояние до Луны в 60 раз больше радиуса Земли. Отсюда Ньютон сделал вывод, что ускорение и соответственно сила притяжения тел к Земле обратно пропорциональны квадрату расстояния до центра Земли:

Также Ньютон установил, что Солнце сообщает всем планетам ускорение, обратно пропорциональное квадрату расстояния от планет до Солнца.

Закон всемирного тяготения. Можно лишь догадываться о волнении, охватившем Ньютона, когда он пришёл к великому результату: одна и та же причина вызывает явления поразительно широкого диапазона — от падения брошенного камня на землю до движения огромных космических тел.

Ньютон нашёл эту причину и смог точно выразить её в виде одной формулы — закона всемирного тяготения.

Так как сила всемирного тяготения сообщает всем телам одно и то же ускорение независимо от их массы, то она должна быть пропорциональна массе того тела, на которое действует:

«Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них... все планеты тяготеют друг к другу...» И. Ньютон

Но поскольку, например, Земля действует на Луну с силой, пропорциональной массе Луны, то и Луна по третьему закону Ньютона должна действовать на Землю с той же силой. Причём эта сила должна быть пропорциональна массе Земли. Если сила тяготения является действительно универсальной, то со стороны данного тела на любое другое тело должна действовать сила, пропорциональная массе этого другого тела. Следовательно, сила всемирного тяготения должна быть пропорциональна произведению масс взаимодействующих тел. Отсюда вытекает формулировка закона всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Запомни Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной.

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при массах m₁ = m₂ = 1 кг и расстоянии r = 1 м получаем G = F (численно).

Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (3.4) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис. 3.2, а).

Можно показать, что однородные тела, имеющие форму шара (даже если их нельзя считать материальными точками, рис. 3.2, б), также взаимодействуют с силой, определяемой формулой (3.4). В этом случае r — расстояние между центрами шаров. Силы взаимного притяжения лежат на прямой, проходящей через центры шаров. Такие силы называются центральными. Тела, падение которых на Землю мы обычно рассматриваем, имеют размеры, много меньшие, чем земной радиус (R ≈ 6400 км).

Такие тела можно, независимо от их формы, рассматривать как материальные точки и определять силу их притяжения к Земле с помощью закона (3.4), имея в виду, что r есть расстояние от данного тела до центра Земли.

Брошенный на Землю камень отклонится под действием тяжести от прямолинейного пути и, описав кривую траекторию, упадёт наконец на Землю. Если его бросить с большей скоростью, то он упадёт дальше». И. Ньютон

Определение гравитационной постоянной. Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определённое наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения даёт новую связь между известными величинами с определёнными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ: Н • м²/кг² = м³/(кг • с²).

Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами.

Оцените силу гравитационного взаимодействия между вами и вашим соседом по парте. Считайте, что вы нахояитесь на расстоянии r = 0,5 м.

Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы — самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10^-9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 3.3. На тонкой упругой нити подвешено лёгкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжёлых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения. Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить до тех пор, пока возникающая сила упругости не станет равна гравитационной силе. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.

Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:

G = 6,67 • 10^-11 Н • м²/кг².

Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большого значения. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F ≈ 2 • 10²⁰ Н.

Предположите, какие трудности возникли бы у вас при попытке повторить опыт Кавендиша. Обсудите эту проблему с одноклассниками.

Зависимость ускорения свободного падения тел от географической широты. Одна из причин увеличения ускорения свободного падения при перемещении точки, где находится тело, от экватора к полюсам, состоит в том, что земной шар несколько сплюснут у полюсов и расстояние от центра Земли до её поверхности у полюсов меньше, чем на экваторе. Другой причиной является вращение Земли.

Равенство инертной и гравитационной масс. Самым поразительным свойством гравитационных сил является то, что они сообщают всем телам, независимо от их масс, одно и то же ускорение. Что бы вы сказали о футболисте, удар которого одинаково ускорял бы обыкновенный кожаный мяч и двухпудовую гирю? Каждый скажет, что это невозможно. А вот Земля является именно таким «необыкновенным футболистом» с той только разницей, что действие её на тела не носит характера кратковременного удара, а продолжается непрерывно миллиарды лет.

В теории Ньютона масса является источником поля тяготения. Мы находимся в поле тяготения Земли. В то же время мы также являемся источниками поля тяготения, но в силу того, что наша масса существенно меньше массы Земли, наше поле намного слабее и окружающие предметы на него не реагируют.

Необыкновенное свойство гравитационных сил, как мы уже говорили, объясняется тем, что эти силы пропорциональны массам обоих взаимодействующих тел. Масса тела, которая входит во второй закон Ньютона, определяет инертные свойства тела, т. е. его способность приобретать определённое ускорение под действием данной силы. Это инертная масса m_и.

Казалось бы, какое отношение она может иметь к способности тел притягивать друг друга? Масса, определяющая способность тел притягиваться друг к другу, — гравитационная масса m_r.

Из механики Ньютона совсем не следует, что инертная и гравитационная массы одинаковы, т. е. что

m_и = m_r. (3.5)

Равенство (3.5) является непосредственным следствием из опыта. Оно означает, что можно говорить просто о массе тела как о количественной мере как инертных, так и гравитационных его свойств.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа. Силы тяжести, тяготения. Гравитационная и инертная массы

Ответить на вопросы

1.Справедлив ли закон всемирного тяготения для тел произвольной формы?

2. Какие силы называют центральными?

3. Каков физический смысл гравитационной постоянной?

4. От чего зависит ускорение свободного падения?

5. Как доказать, что инертная масса равна гравитационной?

Решение задач

1. Два одинаковых шара притягиваются друг к другу с силой 6,67*10^-5 Ньютона. Масса каждого шара равна 20 тонн. Найдите расстояние между шарами.

Решение

По закону всемирного тяготения

Ответ: 20 метров.

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 128; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!