Укладач: Пасічна Л. І.

Закон всесвітнього тяжіння.

Вага тіла. Супутники.


   скачанные файлы (2).jpg  images (2).jpg 

"З часом, коли стане відомо про ту насолоду, якої зазнає людина в стані невагомості, величезна кількість людей буде прагнути пережити це відчуття" В. Юнг


Мета.

Освітня. Перевірити знання, вміння та навички розв’язування задач на використання законів Ньютона. Поглибити знання про гравітаційні сили, ознайомити з законом всесвітнього тяжіння, вагою тіла.

Розвиваюча. Розвивати логічне та алгоритмічне мислення.

Виховна. Виховувати предметну компетентність.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

here.gif

Прилади та матеріали для роботи з учнями:

План

  1. Актуалізація опорних знань.
  2. Закон всесвітнього тяжіння. Вага тіла. Супутники.
  3. Запитання до уроку.
  4. Домашнє завдання.
  5. Перевір себе.
  6. Для допитливих.

Хід уроку


  1. Актуалізація опорних знань.

Перевірка розв’язків домашніх задач за зразком:

images (9).jpgЗадача 15.1. Візок масою 15 кг, рухаючись рівноприскорено під дією сили 9 Н. Запишіть рівняння його руху, якщо відомо, що початкова координата візка м, а початкова швидкість м/с.

images (9).jpgЗадача 15.1. Автомобіль масою 4 т, рухається зі швидкістю 18 км/год, починає гальмувати і зупиняється, пройшовши 50 м. Визначте силу гальмування.

Самостійна робота: Закони НьютонаРозв’язки Варіант І  Розв’язки Варіант ІІ


  1.  Закон всесвітнього тяжіння. Вага тіла. Супутники.

4.jpgЗакон всесвітнього тяжіння. На відміну від короткодіючих сильних і слабких взаємодій, електромагнітні і гравітаційні взаємодії мають властивість дальньої дії: їх дія виявляється на дуже великих відстанях. Усі механічні явища в макроскопічному світі визначаються виключно гравітаційними й електромагнітними силами. Дія планет на супутники, політ артилерійських снарядів, плавання тіл в рідині - у всіх цих явищах виявляються гравітаційні сили.

До XVII ст. вчені вважали, що лише Земля має особливу властивість притягувати до себе всі тіла, які перебувають поблизу її поверхні. Однак у 1667 р. Ньютон висловив дивне для того часу припущення, що взагалі між усіма тілами діють сили взаємного притягання. Це припущення було дивним тому, що в повсякденному житті люди не помічають, щоб навколишні предмети притягувались один до одного.

Гравітаційна сила є проявом закону всесвітнього тяжіння, який сформулював І. Ньютон у 1687 році під час вивчення руху Місяця навколо Землі.

Закон всесвітнього тяжіння: гравітаційне притягання існує між усіма тілами; будь-які два тіла, розмірами яких можна знехтувати, притягуються одне до одного з силою, що прямо пропорційна масам цих тіл і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

 ,

де  та  - маси тіл, що взаємодіють;  - відстань між центрами мас тіл; G - гравітаційна стала.

Гравітаційна стала - це фундаментальна фізична константа, є однаковою для всіх тіл. Числове значення гравітаційної сталої вперше визначив дослідним шляхом у 1798 році англійський вчений Г. Кавендіш:

. 

Гравітаційна сила спрямована вздовж лінії, яка сполучає центри мас тіл, що взаємодіють. 

Закон всесвітнього тяжіння справджується для точкових тіл, коли їхні лінійні розміри набагато менші від відстані між ними, а також для однорідних куль, наприклад система Земля - Місяць, або однорідної кулі і точкового тіла, наприклад обертання штучного супутника навколо Землі.

4.jpgСила тяжіння. Гравітаційна сила, з якою Земля притягує до себе тіла, надаючи їм прискорення вільного падіння, називається силою тяжіння: , де - маса тіла,  - прискорення вільного падіння.

Сила тяжіння не залежить від середовища, в якому знаходяться тіла.

Визначимо прискорення вільного падіння на поверхні Землі: 

, тому

 м/с2,

де  - маса Землі, - маса тіла,  - радіус Землі. З вище виведеної формули видно, що прискорення вільного падіння не залежить від маси тіла, а залежить від  маси планети та її радіуса. Прискорення вільного падіння однакове для всіх тіл на Землі, проте не однакове в різних її місцях.

На значення  впливають:

Хоча екваторіальний радіус Землі більший від полярного, максимальне значення  м/с2 на полюсах, а мінімальне - на екваторі м/с2. Таким чином залежить від географічної широти місцевості. На широті 450 прискорення вільного падіння дорівнює 9,81 м/с².

Прискорення вільного падіння в деяких районах земної кулі змінюється внаслідок наявності в цих районах покладів порід, густина яких більша чи менша за середню густину Землі. Вимірюючи прискорення вільного падіння в різних районах Землі, геологи знаходять поклади корисних копалин.

З підняттям над поверхнею Землі прискорення вільного падіння зменшується обернено пропорційно до квадрату відстані між центрами мас тіла і Землі: , де . 

        Міркування про силу тяжіння на Землі такі ж самі й для інших планет, Місяця, Сонця чи небесних тіл.

Поле тяжіння має специфічну властивість, яка полягає в тому, що під час перенесення тіла масою m з однієї точки поля тяжіння в іншу робота сили тяжіння не залежить від траєкторії руху тіла, а залежить тільки від положення в цьому полі початкової і кінцевої точок переміщення тіла. Сили, що мають подібну властивість, називають консервативними, а поле таких сил - потенціальним.

4.jpgВага тіла. Вага тіла - це сила, з якою тіло діє на опору чи підвіс внаслідок притягання до Землі або руху з прискоренням. У СІ одиниця ваги  (ньютон). Слід зауважити, що вага і сила тяжіння прикладені до різних тіл: сила тяжіння - до центра мас тіла, а вага тіла - до опори чи підвісу.

  

Вага тіла і сила тяжіння відрізняються й своєю природою: сила тяжіння має гравітаційну природу; вага тіла - це сила пружності, тому вага має електромагнітну природу.

Вага тіла залежить від прискорення, з яким  рухається опора:

Наприклад, зменшення ваги тіла спостерігається під час опускання тіла в ліфті з прискоренням вниз (мал. а) та під час  гальмування ліфта при русі вгору (мал. б); під час руху по опуклому мосту (мал. в).

а)       б)      в)

        Зменшується і вага пілота у верхній частині траєкторії піке.

images (1) (1).jpg

, .

Наприклад, вага тіла збільшується під час підйому ліфта з прискоренням (мал. а) та при гальмуванні ліфта під час його опускання (мал. б); при русі тіла по увігнутому мосту (мал. в)...

  а)     б)   в)

Наприклад, вага мотоцикліста збільшується на поворотах (мал. а); пілот зазнає збільшення ваги при виконанні фігур вищого пілотажу (мал. б), під час прискореного прямолінійного руху в автомобілі...

а)    б) 

Збільшення ваги тіла, зумовлене прискореним рухом опори чи підвісу, називають перевантаженням.

Дію перевантаження відчувають на собі космонавти під час старту космічної ракети та на ділянці гальмування космічного корабля, що входить в щільні шари атмосфери. Зазнають перевантажень і пілоти, виконуючи фігури вищого пілотажу, і водії автотранспорту під час руху з великим прискоренням. Більше того, перевантажень зазнає кожна людина, стрибаючи з певної висоти. Під час перевантаження внутрішні органи людини, які спираються на ту чи іншу частину її тулуба (скелета), теж збільшують свою вагу. Зрозуміло, що це може викликати болісні відчуття. Щоб організм людини міг без шкоди для здоров’я витримувати великі навантаження, потрібні спеціальні тренування. Особливо це стосується космонавтів, пілотів, спортсменів, яким доводиться витримувати великі перевантаження.

Коефіцієнтом перевантаження називають відношення ваги тіла, що рухається з прискоренням, до ваги тіла в стані спокою: .

У разі k-кратного перевантаження вага тіла збільшується в (k+1) разів. Треновані люди порівняно легко витримують чотирикратні перевантаження. В окремих випадках доводиться витримувати десятикратні перевантаження. Зрозуміло, що під час конструювання машин і механізмів слід враховувати ті навантаження, яких можуть зазнавати їх деталі в процесі роботи.

Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називають невагомістю. Тіло перебуває в цьому стані, коли на нього діє лише сила тяжіння. Найвідомішим прикладом невагомості є невагомість, в умовах якої перебувають космонавти і предмети, що їх оточують, на космічних кораблях під час орбітальних польотів.

 1355698202_1355355359_1355354592_god_11.jpg 

Стан невагомості можна створити і на Землі. Варто лише надати тілу умов, за яких воно могло б падати разом з опорою. Зокрема, ви без особливих труднощів можете самі привести своє тіло до стану невагомості. Для цього слід підстрибнути. Той невеликий інтервал часу, протягом якого на тіло діє лише сила тяжіння, ви перебуватимете в стані невагомості.

Умови невагомості призводять до зникнення деформації тіл під дією сили тяжіння.

4.jpgСупутники. Тіло, що рухається навколо планети чи зорі під дією лише сили тяжіння, називають супутником. 

Перша космічна швидкість  - це швидкість, якої слід надати тілу, що перебуває на відстані   від центра планети чи зорі, щоб воно рухалось по коловій орбіті, центр якої збігається з центром планети чи зорі.

 На поверхні Землі  км/с. Значення першої комічної швидкості буде однаковою для супутників різної маси, так як від маси супутника вона не залежить.

Друга космічна швидкість  - це швидкість, яку необхідно надати для того, щоб тіло покинуло планету: . Для Землі км/с.

Форма орбіти супутника залежить від його швидкості:


  1. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 16.1.С. Установіть відповідність між станом тіла масою 5 кг та його вагою. Вважайте, що прискорення вільного падіння на Землі становить 10 м/с2, на Місяці - 1,6 м/с2.

fizika_22.jpg


  1. Запитання до уроку.

Запитання 16.1. Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння. Що таке гравітаційна стала? Чому дві людини не відчувають гравітаційного притягання одна до одної?

Запитання 16.2. Дайте визначення сили тяжіння. Чи залежить сила тяжіння від маси тіла?

Запитання 16.3. Чому дорівнює прискорення вільного падіння, в яких одиницях воно вимірюється? Від яких величин залежить і від яких не залежить прискорення вільного падіння? Чому сила тяжіння на екваторі Землі менша, ніж на полюсах?

Запитання 16.4. Що таке вага тіла? Як її позначають, в яких одиницях вимірюють?

Запитання 16.5. Муха лізе по стелі кімнати. До якого тіла прикладена вага мухи?

Запитання 16.6. У чому відмінність між вагою тіла і силою тяжіння, яка діє на тіло? У якому місці земної кулі вага тіла найбільша, найменша?

Запитання 16.7. Як змінюється вага тіла під час його прямолінійного прискореного руху та руху по колу?

Запитання 16.8. Що таке невагомість тіла? Наведіть приклади перебування тіл в невагомості. Чи перебуває парашутист під час стрибка у стані невагомості?

Запитання 16.9. Що таке перевантаження, коефіцієнт перевантаження? Які перевантаження є безпечними для людини? Що є наслідком перевантаження?

Запитання 16.10. Яку силу називають силою реакції опори (підвісу), як вона спрямована?

Запитання 16.11. На рисунку зображені сили, що діють на кульку, підвішену на нитці. Назвіть ці сили?

        Запитання 16.12. Яке тіло називають супутником? За яких умов тіло може стати супутником планети (зорі)?


  1. Домашнє завдання.

books.pngПідручник: параграф 19.

interrogacao_verde.pngУсне опитування по запитаннях до уроку.

скачанные файлы (1).jpgТестування: Закон всесвітнього тяжіння. Вага тіла. Супутники


  1. Перевір себе.

скачанные файлы (1).jpgТестові запитання (Відповіді)

Запитання 16.1.Т. Укажіть графік залежності сили гравітаційної взаємодії двох кульок від відстані між їхніми центрами.

Запитання 16.2.Т. Від якої фізичної величини не залежить прискорення вільного падіння?

А. Від маси планети.

Б. Від маси тіла.

В. Від радіуса планети.

Г. Від висоти над поверхнею планети.

Запитання 16.3.Т. Укажіть рисунок, на якому зображено графік залежності прискорення вільного падіння від відстані до центра планети.

ghghghghghgh.jpeg

Запитання 16.4.Т. У якому з випадків тіло перебуває в стані невагомості?

А. Птах летить у повітрі.

Б. Космонавт стоїть на поверхні Місяця.

В. Камінь кинули вгору на поверхні Місяця.

Г. Камінь кинули горизонтально на поверхні Землі.

Запитання 16.5.Т. Муха лізе по стелі кімнати. До якого тіла прикладена вага мухи?

А. До мухи.

Б. До стелі.

В. До Землі.

Г. До повітря в кімнаті.

Запитання 16.6.Т. На якому з рисунків зображено випадок, коли вага кульки менша за силу тяжіння?

111111.jpeg

Запитання 16.7.Т. У якій з описаних ситуацій вага людини в ліфті найменша?

А. Ліфт рушає вгору.

Б. Ліфт рівномірно рухається вгору.

В. Ліфт рівномірно рухається вниз.

Г. Ліфт гальмує на верхньому поверсі.

Запитання 16.8.Т. У якому місці земної кулі вага нерухомого тіла найбільша?

А. На полюсах.

Б. На екваторі.

В. У центрі Землі.

Г. Вага однакова в усіх точках Землі.

Запитання 16.9.Т. У якому місці земної кулі вага тіла найменша?

А. На полюсах.

Б. На екваторі.

В. У центрі Землі.

Г. Вага однакова в усіх точках Землі.

Запитання 16.10.Т. М’яч кинули вертикально вгору на поверхні Землі. Коли він перебуває в стані невагомості?

А. Лише рухаючись угору.

Б. Лише рухаючись униз.

В. Лише у верхній точці траєкторії.

Г. Під час всього польоту.

Запитання 16.11.Т. Явищем земного тяжіння можна пояснити…

А. Заломлення світла.

Б. Притягання цвяха до магніту.

В. Притягання заряджених тіл.

Г. Рух Місяця навколо Землі.

Д. Випрямлення зігнутої пружини.

Запитання 16.12.Т. З наведених тверджень виберіть правильні. Сила тяжіння…

А. Вимірюється динамометром.

Б. Діє на будь-яке тіло.

В. На Землі всюди однакова.

Г. Завжди спрямована вертикально вниз.

Д. По іншому називається вагою тіла.

Запитання 16.13.Т. З наведених  тверджень виберіть правильні. Сила тяжіння…

А. Зменшується у тіл, що занурені у воду.

Б. Не діє на плаваючі тіла.

В. Збільшується при збільшенні маси тіла.

Г. Залежить від місця спостереження.

Д. На Місяці менша, ніж на Землі.

Запитання 16.14.Т. З наведених  тверджень виберіть правильні. Сила тяжіння…

А. Зменшується при віддаленні від Землі.

Б. Вимірюється в кілограмах.

В. При русі тіла вниз зменшується.

Г. Збільшується при стисканні тіла.

Д. Не діє на повітряну кульку.

Запитання 16.15.Т. Вкажіть вченого, хто встановив числове значення гравітаційної сталої.

А. Ісаак Ньютон.

Б. Галілео Галілей;

В. Генрі Кавендіш;

Г. Йоганн Кеплер.

Запитання 16.16.Т. Вкажіть, від чого не залежить значення прискорення вільного падіння.

А. Відстані тіла від поверхні Землі.

Б. Маси планети.

В. Маси тіла, що падає.

Г. широти місцевості.

Д. Покладів газу чи заліза.

Запитання 16.17.Т. Сила гравітаційної взаємодії між двома тілами дорівнює F. Як зміниться сила взаємодії, якщо відстань між тілами зменшити в 4 рази?

А. Зменшиться у 16 разів.

Б. Зменшиться у 4 рази.

В. Збільшиться у 4 рази.

Г. Збільшиться у 16 разів.

Д. Не зміниться.

Запитання 16.18.Т. Вкажіть, як змінюються маса та вага тіла при переміщенні з півночі України на південь.

А. Маса і вага залишаються незмінними.

Б. Маса збільшується, вага залишається незмінною.

В. Маса зменшується, вага залишається незмінною.

Г. Маса залишається незмінною, вага зменшується.

Д. Маса залишається незмінною, вага збільшується.

Запитання 16.19.Т. Вкажіть точку, до якої прикладена вага тіла на підвісі.

А. До центра мас тіла.

Б. До будь-якої точки тіла.

В. До нижньої точки підвісу.

Г. До верхньої точки підвісу.

Д. До повітря.

Запитання 16.20.Т. Ліфт починає рухатися вгору. Який характер руху ліфта на цьому відрізку траєкторії?

А. Рівномірний і прямолінійний.

Б. З прискоренням, спрямованим вгору.

В. З прискоренням вільного падіння .

Г. З прискоренням , спрямованим вниз.

Запитання 16.21.Т. Тіло лежить на підлозі ліфта, що рухається з прискоренням, спрямованим вертикально вгору. Який висновок можна зробити про рівнодійну  усіх сил, прикладених до тіла?

А. ,  спрямована вгору.

Б. , спрямована вниз.

В.

Г. , спрямована горизонтально.

Запитання 16.22.Т. На якому з етапів руху автогонщик не зазнає перевантаження?

А. розгін відразу після старту

Б. рух зі сталою швидкістю прямою трасою

В. крутий поворот на великій швидкості

Г. гальмування перед зупинкою

Запитання 16.23.Т. З першою космічною швидкістю може летіти космічний корабель, що обертається навколо Землі по коловій орбіті на такій висоті над поверхнею:

А. 0 км

Б. 100 км

В. 200 км

Г. 1000 км

Д. 10 000 км

Запитання 16.24.Т. Чому в космічному кораблі космонавти відчувають невагомість?

А. космонавти не притягуються до Землі

Б. у космосі немає повітря

В. тяжіння Землі врівноважується притяганням інших планет

Г. тяжіння Землі врівноважується силою притягання Місяця

Д. коли вимикаються реактивні двигуни, то корпус космічного корабля й космонавт мають однакове прискорення.

Запитання 16.25.Т. У січні 2003 року дослідники університету  Міссурі повідомили, що їм уперше вдалося виміряти швидкість…

А. руху молекул;

Б. світла;

В. радіохвиль;

Г. поширення гравітації;

Д. звуку.


  1. Для допитливих.

abiturientga.pngМікрогравітація. Гравітація Землі на висоті польоту МКС (Міжнародна космічна станція обертається навколо Землі на висоті близько 340 кілометрів, здійснюючи 16 обертів на добу) лише трохи слабша, ніж на поверхні. Однак об'єкти на орбіті перебувають у стані безперервного вільного падіння, внаслідок чого вони опиняються у невагомості. Сприйняття невагомості порушується п'ятьма окремими ефектами:

Дослідники вивчають вплив майже невагомості на станції на еволюцію, розвиток, ріст і внутрішні процеси рослин і тварин. НАСА хоче з'ясувати вплив мікрогравітації на зростання тривимірних, людиноподібних тканин, і незвичайних білкових кристалів, які можуть сформуватись у космосі.

Дослідження фізики рідин в умовах мікрогравітації дозволить дослідникам краще моделювати поведінку рідин. Оскільки рідини можуть бути майже повністю з'єднані в умовах мікрогравітації, фізики досліджують рідини, які не змішуються добре на Землі. Крім того, вивчення реакцій, які уповільнюються низькою гравітацією і температурами дозволить вченим краще зрозуміти надпровідність.

Матеріалознавство є важливою дослідницькою діяльністю на МКС, метою якої є отримання економічної вигоди за рахунок поліпшення методів, використовуваних на Землі. Ефект низької гравітації середовища при згорянні має цінність через вивчення ефективності горіння і контролю викидів та забруднюючих речовин. Ці дані можуть поліпшити поточні знання про виробництво енергії і привести до економічних та екологічних вигод. Планами на майбутнє для дослідників на борту МКС є вивчення аерозолів, озону, водяної пари, оксидів у атмосфері Землі, а також космічних променів, космічного пилу, антиречовини і темної матерії у Всесвіті.