ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ - 9 класс

Тип урока: урок-сочинение.

Интеграция предметов: физика — литература.

Пояснительная записка:

1. На уроке, предшествующем данному, предлагается план, по которому нужно подготовиться к сочинению.

2. Предлагается также дома подобрать эпиграф к сочинению.

3. Учащиеся должны прочесть дома по учебнику параграфы темы и материал по дополнительной литературе, сделать наброски к сочинению.

4. Дополнительную литературу учащиеся ищут самостоятельно.

5. На тему отводится спаренный урок.

6. Во время урока на доске вывешивается план урока и портрет Ньютона, а также эпиграф урока.

7. Сочинения проверяются не только учителем физики, но и преподавателем русского языка.

8. Перед началом урока учитель зачитывает небольшой рассказ об ученом и ставит проблемный вопрос, а затем учащиеся приступают к сочинению.

9. Оформление классной доски.

О, сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух —

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай...

А. С. Пушкин

План сочинения на тему «Закон всемирного тяготения»

I. Биография великого ученого.

II. История открытия закона всемирного тяготения.

III. Закон всемирного тяготения.

1) Сравнение взаимодействия тел на Земле и на других небесных телах.

2) Роль массы притягивающихся тел.

3) Зависимость силы всемирного тяготения от расстояния между телами.

4) Гравитационная постоянная, ее физический смысл.

5) Универсальность закона.

IV. Значение закона всемирного тяготения для развития науки и техники.

V. Творческая задача ученика (составить самому и решить задачу на применение этого закона).

Ход урока

Учитель. Сегодня на уроке мы покажем не только свои знания закона всемирного тяготения, одного из важнейших законов природы, но и поработаем творчески.

Эпиграфом нашего сегодняшнего урока будем считать строки Александра Сергеевича Пушкина (зачитывает). И верно, в работе ученых немаловажную роль играет случай.

Феликс Кривин в книге «Несерьезные Архимеды» приводит диалог, который якобы состоялся между знаменитым английским физиком Исааком Ньютоном и его соседом:

— Послушайте, Ньютон, как вы сделали это свое открытие, о котором столько говорят?

— Да так, обычно. Просто стукнуло в голову.

Они стояли каждый в своем дворе и переговаривались через забор по-соседски.

— Что стукнуло в голову?

— Яблоко. Я сидел, а оно упало с ветки.

Сосед задумался. Потом сказал:

— Признайся, Ньютон, это яблоко было из моего сада? Вот видите, ветка свешивается к вам во двор, а вы имеете привычку здесь сидеть, я это давно заметил.

Ньютон смутился.

— Честное слово, не помню, что это было за яблоко.

На другой день, когда Ньютон пришел на свое излюбленное место, ветки яблони там уже не было. За забором под яблоней сидел сосед.

— Отдыхаете? — спросил Ньютон.

— Угу.

Так они сидели каждый день — Ньютон и его сосед. Ветка была спилена. Солнце обжигало Ньютону голову и ему ничего не оставалось, как заняться...

Вопрос: Чем занялся Ньютон и каким был итог его занятий?

(Во время чтения учителя на экран проецируются рисунки:

1) Ньютон и сосед по обе стороны забора.

2) Яблоко, падающее на голову Ньютона.

3) Яблоня со срезанной веткой и Ньютон, утирающий пот с лица.

4) Ньютон, работающий за столом.)

Сегодня на уроке мы должны по плану описать, чем же занимался Ньютон, и какими были итоги его работы. Успехов вам!

Когда однажды, в думу погружен,

Увидел Ньютон яблока паденье,

Он вывел притяжения закон

Из этого простого наблюденья.

Дж. Г. Байрон

Он родился вьюжной зимой 1643 года после рождества, когда метель особенно тоскливо выла в высоких каменных трубах Вулсторпа. Родился таким хилым и слабым, что священник считал его не жильцом на этом свете. Но он выжил, и странно, за всю свою долгую жизнь почти никогда не болел. Он не знал своего отца, который умер до его рождения.

Когда Исааку Ньютону было три года, отчим с матерью уехали, а мальчик остался с бабушкой. Так они и жили — в маленьком сельском домике из серого камня, окруженном редким плетнем. Он окончил сельскую школу и мог бы удовлетвориться этим, как его сверстники, сыновья фермеров. Но, к счастью, родные послали его в Королевскую школу в Грентэм — маленький городок в 10 км от родной деревушки. Это было его первое из немногих путешествий. Ведь Ньютон был удивительный домосед. За всю свою долгую жизнь никогда не отъезжал от родного дома дальше, чем на 180 км. Он никогда не пересекал Ла-Манш, не оставлял Англию ни на один день. Говорят, что он был плохим собеседником и в разговоре мог вдруг замолчать и задуматься.

В Трините-колледже, в Кембридже, тоже живет как-то незаметно, сторонится веселых студенческих компаний, избегает вечеринок. Учился он тоже незаметно, средне, и невозможно проследить, как происходило это сказочное превращение вчерашнего провинциального школьника в оригинального исследователя, великого ученого.

Окончив университет, Ньютон получает ученое звание бакалавра, затем магистра.

В 1669 году он стал во главе кафедры физики и математики в Кембриджском университете. Плодом его неутомимой деятельности являлись многие труды. Академик Вавилов писал: «На всей физике лежит отпечаток его мысли, без Ньютона наука развивалась бы иначе».

Спасаясь от ужасов чумы, он уезжает на два года в родную деревушку. Здесь росла самая знаменитая в мире яблоня, с которой однажды упало самое знаменитое в мире яблоко, подсказав Ньютону закон всемирного тяготения. Он уже знает, какие силы держат на небе Луну, но мир узнает об этом только через 20 лет. В характере ученого есть одна странность — он не любит публиковать своих трудов. Он нетороплив.

В 1695 году, когда Ньютон был смотрителем Лондонского Монетного двора, необыкновенный гость из России трижды приезжал туда. И, наверное, они встречались: царь Петр и Исаак Ньютон.

В Англии за долгую восьмидесятилетнюю жизнь Ньютона произошли две революции, сменилось шесть королей.

В 1705 году королева Анна произвела Ньютона в рыцарское звание. С тех пор к его имени прибавилась приставка «сэр».

Ньютон умер в Кенсингтоне, под Лондоном, в 1726 году. Шесть пэров Англии пронесли на плечах гроб ученого из Кенсингтона к Вестминстерскому аббатству, где захоронены величайшие люди Англии.

Первая мысль о том, что природа сил, заставляющих падать камень и определяющих движение небесных тел, — одна и та же, возникла еще у Ньютона-студента. Но первые вычисления не дали правильных результатов, так как имеющиеся в то время данные о расстоянии между Землей и Луной были неточными.

Открытие закона всемирного тяготения считается одним из величайших триумфов науки. Но почему именно Ньютону удалось сделать это открытие? Дело здесь не в падающем яблоке и даже не в степени гениальности, а в том, что Ньютон был первым, кто ясно понимал, что основой, определяющей особенности движения, являются силы.

Опыты Галилея доказывали, что земной шар сообщает всем телам в данном месте одно и то же ускорение, независимо от их массы. Если бы не сопротивление воздуха, если бы на тела действовали только силы всемирного тяготения, то все тела падали бы на землю одинаково, ускоряясь в одном и том же темпе, то есть гравитационные силы сообщают всем телам одинаковое ускорение свободного падения, вызванное земным притяжением. Это возможно лишь в том случае, если сила притяжения тела к земле прямо пропорциональна массе тела. Именно в этом случае ускорение свободного падения, равное отношению силы земного притяжения к массе тела, является величиной постоянной.

Обобщая этот вывод для сил тяготения между любыми телами, Ньютон пришел к заключению, что сила всемирного тяготения прямо пропорциональна массе тела, на которое эта сила действует. Но во взаимном притяжении (тяготении) участвуют по меньшей мере два тела, поэтому сила всемирного тяготения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс.

Взаимное притяжение двух тел убывает по мере их удаления друг от друга. Действие сил всемирного тяготения простирается, непрерывно убывая, практически на неограниченные расстояния. Гравитационные силы — это дальнодействующие силы. Закон изменения гравитационных с расстоянием был открыт «на небе». Все необходимые данные черпались из астрономии. Чтобы найти зависимость силы тяготения от расстояния между телами, Ньютон обратился к движению спутника Земли — Луны. Ньютон доказал, что увеличение расстояния между телами в 2 раза приводит к уменьшению сил тяготения в 22 раза, то есть в 4 раза.

В 1667 году Ньютон окончательно сформулировал закон всемирного тяготения. Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Гравитационная постоянная численно равна силе тяготения, действующей на тело массой в один килограмм со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между телами в один метр.

Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Кавендишем в 1798 году с помощью прибора, называемого крутильными весами. Все, что имеет массу (а масса присуща любому телу), должно испытывать гравитационное взаимодействие Почему же мы не ощущаем притяжения большинства тел? Притяжение Земли чувствуем на каждом шагу, а взаимное притяжение двух людей — нет.

Гравитационные силы становятся ощутимыми, когда речь идет о телах огромной массы, как массы космических тел. Эти силы удерживают все планеты возле Солнца. Закон всемирно тяготения имеет большое значение для развития науки и техники. Это «самые универсальные» силы среди всех сил природы, так как все тела, имеющие массу, испытывают гравитационное воздействие. Приливы и отливы на Земле, движение небесных тел, движение искусственных спутников Земли — это результат действия силы всемирного тяготения. Закон всемирного тяготения применяется так же в расчетах движения межпланетных космических аппаратов.

Одно из самых замечательных свойств гравитационных сил отражено даже в самом названии, данном Ньютоном: всемирные.

Учитель.

«Ньютон под яблоней сидел,

Вот-вот должна прийти идея...

А плод над ним уже созрел,

К Земле всей массой тяготея.

Вдруг ветка дрогнула — и вот,

На Землю яблоко падет.»

«Вдруг понял ученый, что нитью одной

Связано яблоко с круглой Луной.

И яблоком спелым упала б Луна,

Когда б не вращалась так быстро она.»

«Все тяготеют друг к другу,

И падая, мчатся по кругу...

Он понял закон для земли и небес:

Вращаясь, планеты теряют свой вес!»

«И самый великий, быть может, закон

Всемирный закон тяготенья —

Вращенья планет объясняет нам он

И яблок румяных паденья.»

«Чтоб закон Ньютона написать,

Надо массы тел нам знать

И расстояние между телами,

А уж формулу вы напишете сами.»

Творческая задача

Как изменится сила притяжения между шарами, если деревянные шары заменить свинцовыми того же объема?

Дано:

Решение.

r — расстояние между центрами шаров (O1О2).

r = R + R = 2R

Силы тяготения действуют вдоль прямой, соединяющей центры шаров. R — радиус шара.

так как r = 2R, то

- для деревянных шаров.

- для свинцовых шаров.

Ответ. Сила тяготения между шарами увеличится в ≈ 261 раз.