Что общего в движении падающего яблока и луны

Класс: 10

Презентация к уроку

Цель урока – изучить закон всемирного тяготения, показать его практическую значимость. Шире раскрыть понятие взаимодействия тел на примере этого закона и ознакомить учащихся с областью действия гравитационных сил.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Задачи урока:

Оборудование к уроку: проекционная аппаратура, презентация «Закон всемирного тяготения».

Оформление: на доске портрет Исаака Ньютона, под портретом высказывание «Не знаю, чем я могу казаться миру, но самому себе я кажусь мальчиком, играющим у моря, которому удалось найти более красивый камешек, чем другим, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным», на кафедре зеленые яблоки.

Домашнее задание: §30,31.+ Перспективное домашнее задание.

Элементы содержания

Требования к уровню подготовленности обучающихся

Демонстрации

Средства обучения

Метод изучения нового

Закон всемирного тяготения, опыт Кавендиша

Знать смысл закона всемирного тяготения

Движение падающего яблока

Структурно-логическая схема, презентация

Эвристическая беседа, групповая работа

Повторение пройденного материала по теме « Основные понятия динамики»
Подготовка к восприятию нового (фронтальный опрос)

Объяснение нового материала
Работа в группах

Закрепление,решение практических задач

Подведение итогов урока

I. Организационный момент

Здравствуйте, садитесь. Сегодня у нас с вами урок изучения нового материала.

Создание проблемной ситуации. (вынос ящика).

Вопрос учителя: Что находится в ящике? (отв. яблоко)

Сформулируем тему урока и запишем.

ТЕМА УРОКА: «Закон всемирного тяготения».

Для того, чтобы изучить данное явление вспомним необходимые понятия, которые понадобятся нам при изучении данной темы.

Вопросы:

II. Изучение нового материала

Лирическое отступление.

Из истории открытия закона всемирного

Датский астроном Тихо Браге (1546-1601), долгие годы наблюдавший за движением планет, накопил огромное количество интересных данных, но не сумел их обработать.

Иоганн Кеплер (1571-1630) используя идею Коперника о гелиоцентрической системе и результаты наблюдений Тихо Браге, установил законы движения планет вокруг Солнца, однако и он не смог объяснить динамику этого движения.

Исаак Ньютон открыл этот закон в возрасте 23 лет, но целых 9 лет не публиковал его, так как имевшиеся тогда неверные данные о расстоянии между Землей и Луной не подтверждали его идею. Лишь в 1667 году, после уточнения этого расстояния, закон всемирного тяготения был наконец отдан в печать.

Как был открыт закон всемирного тяготения

Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т. д.), вызваны одной причиной.

Окинув единым мысленным взором «земное» и «небесное», Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной

Это интересно

В 1666 году в Кембридже началась какая-то эпидемия, которую тогда сочли чумой, и Ньютон удалился в свой Вульсторп. Здесь в деревенской тиши, не имея под рукой ни книг, ни приборов, живя почти отшельнической жизнью, двадцатитрехлетний Ньютон предался глубоким философским размышлениям. Плодом их было гениальнейшее из его открытий — учение о всемирном тяготении.

Был летний день. Исаак Ньютон любил размышлять, сидя в саду. Предание сообщает, что размышления Ньютона были прерваны падением налившегося яблока. Без обдумывания, без предварительных логических рассуждений в мозгу его блеснула мысль, что падение яблока и движение планет по своим орбитам должны подчиняться одному и тому же универсальному закону. Он тут же сформулировал гипотезу о законе всемирного тяготения.

В последующие недели мысли Ньютона все снова и снова возвращались к этой гипотезе.

Ему пришла в голову мысль, что сила тяжести не ограничена поверхностью Земли, а простирается гораздо дальше.
Почему бы и не до Луны?

Ньютон доказал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой тяготения, под действием которой падают тела на поверхность Земли.
Знаменитая яблоня долго хранилась в назидание потомству. Она пережила Ньютона почти на сто лет. Позднее засохла, была срублена и превращена в исторический памятник в виде скамьи. Этот сорт яблони решили посадить во всех учебных заведениях

Запомни, что …

В 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения:

Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними, где

m₁ и m₂ – массы взаимодействующих тел,
r – расстояние между телами,
G – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в природе и называемый постоянной всемирного тяготения или гравитационной постоянной.

Эксперимент Генри Кавендиша. Определение значения гравитационной постоянной

В 1788 году английский физик Генри Кавендиш определил, насколько велика сила притяжения между двумя объектами. В результате была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить и массу Земли.

Физический смысл гравитационной постоянной

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения двух тел, массой 1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга.

Границы применимости закона

Закон всемирного тяготения имеет определенные границы применимости; он применим, если:

1) взаимодействующие тела – материальные точки;

2) тела имеют форму шара;

Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.

Сила тяготения становится заметной только тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет очень большую массу (планета, звезда).

Механизм гравитационного взаимодействия

В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом.

Каждое тело массой М создает вокруг себя поле, которое называют гравитационным.

Если в некоторую точку этого поля поместить пробное тело массой т, то гравитационное поле действует на данное тело с силой F, зависящей от свойств поля в этой точке и от величины массы пробного тела.

Гравитационное поле, св-ва

Сформулируй закон Всемирного тяготения. (Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними)

Значение закона всемирного тяготения:

Подумай и ответь. Работа по групамм

(задания даны вначале урока)

III. Решение задач

1. Космический корабль массой 8 т приблизился к орбитальной космической станции массой 20 т на расстояние 500 м. Найдите силу их взаимного притяжения.

2. На каком расстоянии сила притяжения между двумя телами массой по 1 000 кг каждое, будет равна 6,67∙109 Н?

3. Два одинаковых шарика находятся на расстоянии 1 м друг от друга и притягиваются с силой 6,67 ∙10-15 Н. Какова масса каждого шарика?

IV. Вывод

1. Между всеми телами существует всемирное тяготение.

2. Сила взаимодействия между двумя телами зависит от массы тел и от квадрата расстояния между ними.

3. Коэффициент пропорциональности – гравитационная постоянная.

4. Всемирное тяготение осуществляется посредством гравитационного поля – особой формы материи.

5. Закон всемирного тяготения имеет границы применимости.

V. Закрепление нового материала

Вопросы:

1. Какое явление называется всемирным тяготением? (Всемирное тяготение – взаимное притяжение между всеми телами Вселенной).

2. Кто и когда открыл закон всемирного тяготения? (В 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения)

3. Как читается закон всемирного тяготения? (Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними)

VI. Рефлексия

Сегодня вы продуктивно поработали, осознали, глубоко ли вы освоили Закон всемирного тяготения. Развили умения анализировать, синтезировать, делать выводы, выделять существенные признаки объектов, выдвигать гипотезы, проверять результаты своей работы.

— Какое значение для вас имеют знания и умения, полученные на данном уроке?

Что вызвало наибольшую трудность:

а) изучение материала?

б) систематизация знаний?

Исаак Ньютон незадолго перед смертью, словно оглядывая свою жизнь, такую спокойную внешне и такую неистово бурную внутренне, писал: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но самому себе я кажусь мальчиком, играющим у моря, которому удалось найти более красивый камешек, чем другим, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным»

Источник

Закон всемирного тяготения Ньютона

На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения (см. Законы механики Ньютона), он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

Чтобы в полной мере оценить весь блеск этого прозрения, давайте ненадолго вернемся к его предыстории. Когда великие предшественники Ньютона, в частности Галилей, изучали равноускоренное движение тел, падающих на поверхность Земли, они были уверены, что наблюдают явление чисто земной природы — существующее только недалеко от поверхности нашей планеты. Когда другие ученые, например Иоганн Кеплер (см. Законы Кеплера), изучали движение небесных тел, они полагали что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, нежели законы, управляющие движением здесь, на Земле. История науки свидетельствует, что практически все аргументы, касающиеся движения небесных тел, до Ньютона сводились в основном к тому, что небесные тела, будучи совершенными, движутся по круговым орбитам в силу своего совершенства, поскольку окружность — суть идеальная геометрическая фигура. Таким образом, выражаясь современным языком, считалось, что имеются два типа гравитации, и это представление устойчиво закрепилось в сознании людей того времени. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах.

Прозрение же Ньютона как раз и заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

Результаты ньютоновских расчетов теперь называют законом всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, а D — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:

Относительно этого закона нужно сделать несколько важных замечаний. Во-первых, его действие в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. В частности, сейчас вы и эта книга испытываете равные по величине и противоположные по направлению силы взаимного гравитационного притяжения. Конечно же, эти силы настолько малы, что их не зафиксируют даже самые точные из современных приборов, — но они реально существуют, и их можно рассчитать. Точно так же вы испытываете взаимное притяжение и с далеким квазаром, удаленным от вас на десятки миллиардов световых лет. Опять же, силы этого притяжения слишком малы, чтобы их инструментально зарегистрировать и измерить.

Второй момент заключается в том, что сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. Прямо сейчас на вас действует сила земного притяжения, рассчитываемая по вышеприведенной формуле, и вы ее реально ощущаете как свой вес. Если вы что-нибудь уроните, оно под действием всё той же силы равноускоренно устремится к земле. Галилею первому удалось экспериментально измерить приблизительную величину ускорения свободного падения (см. Уравнения равноускоренного движения) вблизи поверхности Земли. Это ускорение обозначают буквой g.

Наконец, закон всемирного тяготения объясняет механическое устройство Солнечной системы, и законы Кеплера, описывающие траектории движения планет, могут быть выведены из него. Для Кеплера его законы носили чисто описательный характер — ученый просто обобщил свои наблюдения в математической форме, не подведя под формулы никаких теоретических оснований. В великой же системе мироустройства по Ньютону законы Кеплера становятся прямым следствием универсальных законов механики и закона всемирного тяготения. То есть мы опять наблюдаем, как эмпирические заключения, полученные на одном уровне, превращаются в строго обоснованные логические выводы при переходе на следующую ступень углубления наших знаний о мире.

Картину устройства солнечной системы, вытекающую из этих уравнений и объединяющую земную и небесную гравитацию, можно понять на простом примере. Предположим, вы стоите у края отвесной скалы, рядом с вами пушка и горка пушечных ядер. Если просто сбросить ядро с края обрыва по вертикали, оно начнет падать вниз отвесно и равноускоренно. Его движение будет описываться законами Ньютона для равноускоренного движения тела с ускорением g. Если теперь выпустить ядро из пушки в направлении горизонта, оно полетит — и будет падать по дуге. И в этом случае его движение будет описываться законами Ньютона, только теперь они применяются к телу, движущемуся под воздействием силы тяжести и обладающему некой начальной скоростью в горизонтальной плоскости. Теперь, раз за разом заряжая в пушку всё более тяжелое ядро и стреляя, вы обнаружите, что, поскольку каждое следующее ядро вылетает из ствола с большей начальной скоростью, ядра падают всё дальше и дальше от подножия скалы.

Теперь представьте, что вы забили в пушку столько пороха, что скорости ядра хватает, чтобы облететь вокруг земного шара. Если пренебречь сопротивлением воздуха, ядро, облетев вокруг Земли, вернется в исходную точку точно с той же скоростью, с какой оно изначально вылетело из пушки. Что будет дальше, понятно: ядро на этом не остановится и будет и продолжать наматывать круг за кругом вокруг планеты. Иными словами, мы получим искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли по орбите, подобно естественному спутнику — Луне. Так мы поэтапно перешли от описания движения тела, падающего исключительно под воздействием «земной» гравитации (ньютоновского яблока), к описанию движения спутника (Луны) по орбите, не изменяя при этом природы гравитационного воздействия с «земной» на «небесную». Вот это-то прозрение и позволило Ньютону связать воедино считавшиеся до него различными по своей природе две силы гравитационного притяжения.

Остается последний вопрос: правду ли рассказывал на склоне своих дней Ньютон? Действительно ли всё произошло именно так? Никаких документальных свидетельств того, что Ньютон действительно занимался проблемой гравитации в тот период, к которому он сам относит свое открытие, сегодня нет, но документам свойственно теряться. С другой стороны, общеизвестно, что Ньютон был человеком малоприятным и крайне дотошным во всем, что касалось закрепления за ним приоритетов в науке, и это было бы очень в его характере — затемнить истину, если он вдруг почувствовал, что его научному приоритету хоть что-то угрожает. Датируя это открытие 1666-м годом, в то время как реально ученый сформулировал, записал и опубликовал этот закон лишь в 1687 году, Ньютон, с точки зрения приоритета, выгадал для себя преимущество больше чем в два десятка лет.

Источник

Презентация по физике на тему «Силы в механике»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

Сила тяжести. Вес тела. Сила упругости Закон всемирного тяготения

Я почувствовал, что какая-то непреоборимая сила все больше и больше вдавливает меня в кресло… трудно пошевелить рукой и ногой. Ю.А. Гагарин

ПРОЯВЛЕНИЯ ЗАКОНА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности. Так как масса планеты велика, то и сила притяжения к ней существенно превышает силу взаимного гравитационного притяжения любых двух тел.

СИЛА ТЯЖЕСТИ – сила, с которой Земля притягивает к себе различные тела F = mg Приложена к центру тела, направлена к центру Земли, убывает при удалении от Земли. g = 9,8м/с²

ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ силы тяжести Движение тела под действием силы тяжести называется свободным падением. Так как гравитационная сила пропорциональна массе, то все тела вблизи Земли падают с одинаковым ускорением

ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ а) прямолинейное б) криволинейное ( по параболе) в) по окружности (эллипсу) От чего зависит вид траектории?

ВЕС ТЕЛА – сила, с которой тело давит на опору или растягивает нить подвеса. Вес тела приложен к опоре (подвесу).

При движении тела вдоль вертикальной линии с ускорением вес тела может изменяться ВЕС ТЕЛА, ДВИЖУЩЕГОСЯ С УСКОРЕНИЕМ

а=0 P = N N = mg P = mg 0 Y mg N P

Использование невесомости. издавна для получения дроби капали расплавленный свинец с большой высоты в бак с водой. Оказавшиеся во время падения практически в невесомости дробинки принимали естественную — шарообразную — форму.

a g 0 Y Перегрузка mg N P N + mg = ma N – mg = ma N = m ( g + a ) P = N P = m ( g + a)

ВЕС ТЕЛА, ДВИЖУЩЕГОСЯ С УСКОРЕНИЕМ

СИЛА УПРУГОСТИ При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия СИЛА УПРУГОСТИ

ОСОБЕННОСТИ СИЛ УПРУГОСТИ 1) Возникают одновременно у двух тел 2) направлены перпендикулярно поверхности 3) противоположны смещению

СРАВНЕНИЕ СИЛ Сила тяжести Сила упругости Вес тела Природа сил Гравитацион-ная Электро-магнитная Электро-магнитная Направление К центру Земли Против деформации Различно Точка приложения Центр масстела Точки контакта с внешнейсилой Опора или подвес Зависит от массы тела и высотынад поверхностью механическихсвойств тела и деформации массы тела, ускорения, внешней среды Формула F = mg F = kx P = m(g±a)

ЗАДАНИЕ 1 ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 1. Что общего у силы тяжести и веса тела? 1. Чем отличаются сила тяжести и вес тела 2. Приведитепримеры, когда вес тела больше силы тяжести 2. Приведитепримеры, когда вес тела меньше силы тяжести 3. Что называется невесомостью? 3. Приведите примеры нахождения тела в невесомости.

ЗАДАНИЕ 2 «ВЕРИШЬ, НЕ ВЕРИШЬ» ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 Сила– величина, характери-зующая взаимодействие тел Вес тела всегда направлен вниз Прибор для измерения силы называется манометр Закон Гука позволяет измерить силу упругости Коэффициент жесткости не зависит от длины пружины Под действием силы упругости тело движется с ускорением Сила – векторная величина Вес тела измеряется в килограммах Изменениеформы тела называется деформацией Коэффициент жесткости измеряется в Н·м Сила упругости противоположна силе, вызывающей деформацию Динамометр работает на основе закона Гука

ЗАДАНИЕ 3 ВАРИАНТ 1 ВАРИАНТ 2 1. Найдите жесткость пружины, которая под действием силы в 10 Н, удлинилась на 2 см. А. 50 Н/м Б.20 Н/м В. 5 Н/мГ.500 Н/м 1. На пружину действует сила в15 Н, удлинение пружины 3 см. Какова жесткость пружины. А. 50 Н/м Б. 45 Н/м В. 500 Н/мГ.200 Н/м 2. Тело равномерно движетсявверх со скоростью 4м/с. Чему равен вес тела, если его масса 8кг? 2. Ящик массой 20кг поднимается в лифте с ускорением 4м/с². Найти величину силы реакции опоры.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Самостоятельно ответить на вопросы: При каких условиях появляется сила трения? От чего зависит направление и модуль силы трения? Всегда ли сила трения скольжение меньше силы трения покоя? Привести примеры полезного и вредного действия сил трения всех видов.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДВ-265216

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

В МГПУ сформулировали новые принципы повышения квалификации

Время чтения: 4 минуты

Апробацию новых учебников по ОБЖ завершат к середине 2022 года

Время чтения: 1 минута

Онлайн-конференция о профориентации и перспективах рынка труда

Время чтения: 3 минуты

В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников

Время чтения: 1 минута

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник