Номер 3, страница 439 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 3 «Динамика». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 3, страница 439.

Условие.

3. Изучите материалы интернет-ресурса http://gotourl.ru/7147, посвящённые тяготению. Обсудите предлагаемые проекты.

Решение.

Интернет-ресурс по указанной ссылке (http://gotourl.ru/7147, который ведет на страницу http://class-fizika.narod.ru/9_tyag.htm) предлагает ряд тем для проектов и рефератов, посвященных теме тяготения. Ниже представлено обсуждение каждой из предложенных тем.

1. История открытия закона всемирного тяготения.

Этот проект предполагает исследование исторического пути к формулировке одного из фундаментальных законов природы. Работа должна охватывать не только вклад Исаака Ньютона, но и идеи его предшественников, таких как Николай Коперник, Тихо Браге, и особенно Иоганн Кеплер, чьи законы движения планет стали эмпирической основой для теории Ньютона. Важно осветить ключевые моменты, например, знаменитый мысленный эксперимент с пушечным ядром, связь между падением яблока и движением Луны, и значение публикации «Математических начал натуральной философии». Проект позволяет проследить развитие научной мысли и понять, как формировалась современная физическая картина мира.

Ответ: Проект представляет собой историческое исследование, раскрывающее этапы открытия закона всемирного тяготения, от работ предшественников до решающего вклада Исаака Ньютона.

2. Способы определения гравитационной постоянной.

Данный проект фокусируется на экспериментальной физике. Центральное место в нем должен занять опыт Генри Кавендиша (1798 г.) с использованием крутильных весов. Необходимо описать устройство установки, методику измерений и то, как этот эксперимент позволил впервые с высокой точностью измерить гравитационную постоянную $G$ — одну из фундаментальных физических констант. Также можно упомянуть о современных, более точных методах ее определения и о сложностях, связанных с измерением очень слабых гравитационных сил в лабораторных условиях.

Ответ: Проект посвящен описанию и анализу экспериментальных методов определения гравитационной постоянной, с акцентом на классическом опыте Кавендиша и современных подходах.

3. Дж. К. Адамс и У. Леверье — «открыватели» Нептуна.

Этот проект является прекрасной иллюстрацией предсказательной силы научной теории. В работе следует рассказать о том, как астрономы обнаружили необъяснимые отклонения (пертурбации) в движении планеты Уран. Затем нужно описать, как, основываясь на законе всемирного тяготения Ньютона, математик Джон Куч Адамс в Англии и астроном Урбен Леверье во Франции независимо друг от друга теоретически вычислили положение неизвестной планеты, ответственной за эти отклонения. Завершить проект стоит рассказом об наблюдательном открытии Нептуна Иоганном Галле в 1846 году точно в предсказанном месте.

Ответ: Проект освещает историю открытия планеты Нептун «на кончике пера» — как триумф закона всемирного тяготения, позволившего предсказать существование и положение планеты на основе анализа возмущений орбиты Урана.

4. Роль силы тяготения в эволюции Вселенной.

Это масштабный проект на стыке физики и космологии. Гравитация является доминирующей силой на больших масштабах, и ее роль ключевая в формировании и эволюции Вселенной. В проекте можно рассмотреть, как гравитационное сжатие облаков газа и пыли приводит к рождению звезд и планет. Далее следует описать роль гравитации в формировании галактик, скоплений галактик и крупномасштабной структуры Вселенной. Также можно затронуть роль тяготения в жизненном цикле звезд (гравитационный коллапс) и в определении конечной судьбы Вселенной.

Ответ: Проект рассматривает фундаментальную роль гравитации в космологических процессах: от формирования звезд и галактик до определения структуры и дальнейшей судьбы Вселенной.

5. Искусственные спутники Земли и их практическое использование.

Проект имеет прикладной, технический характер. Вначале следует объяснить физические принципы вывода спутника на орбиту, введя понятие первой космической скорости. Основная часть работы должна быть посвящена обзору разнообразных применений искусственных спутников: навигация (GPS, ГЛОНАСС), связь (телевидение, интернет, телефонная связь), метеорология и мониторинг Земли (прогноз погоды, отслеживание климатических изменений, картография), а также научные исследования (космические телескопы, МКС) и военные цели.

Ответ: Проект посвящен физическим основам полета искусственных спутников Земли и обзору их широкого практического применения в современной жизни — от связи и навигации до научных исследований.

6. Как взвесить Землю?

В этом проекте разбирается классическая задача физики. «Взвесить Землю» означает определить ее массу. Проект должен показать, что массу Земли $M_З$ можно вычислить, используя закон всемирного тяготения и второй закон Ньютона. Для тела массой $m$ на поверхности Земли сила тяжести $F = mg$ равна гравитационной силе $F = G \frac{M_З m}{R_З^2}$. Приравняв эти выражения, получаем формулу для массы Земли: $M_З = \frac{g R_З^2}{G}$. Таким образом, для вычисления массы необходимо знать ускорение свободного падения $g$, радиус Земли $R_З$ и гравитационную постоянную $G$. Это показывает связь данной темы с темой №2.

Ответ: Проект объясняет, как с помощью закона всемирного тяготения и известных физических величин (ускорения свободного падения, радиуса Земли и гравитационной постоянной) можно вычислить массу нашей планеты.

7. Гравитационное взаимодействие и проблема «скрытой массы» во Вселенной.

Этот проект посвящен одной из самых актуальных загадок современной астрофизики. В нем следует объяснить, как астрономы столкнулись с проблемой: наблюдаемая скорость вращения галактик и движение галактик в скоплениях оказались намного выше, чем предсказывает теория гравитации, если учитывать только видимое (светящееся) вещество. Это расхождение привело к гипотезе о существовании «скрытой массы», или темной материи, — вещества, которое не излучает и не отражает свет, но участвует в гравитационном взаимодействии. Проект может осветить доказательства ее существования и основные гипотезы о ее природе.

Ответ: Проект раскрывает проблему «скрытой массы» (темной материи), объясняя, почему астрономы пришли к выводу о ее существовании на основе гравитационных эффектов, и какие гипотезы о ее природе существуют.

8. Есть ли антигравитация?

Проект носит более теоретический и спекулятивный характер. В нем нужно дать определение антигравитации как гипотетической силы, отталкивающей массы. Следует обсудить, почему с точки зрения общей теории относительности Эйнштейна существование антигравитации проблематично (принцип эквивалентности). Можно рассмотреть вопрос о том, как гравитация действует на антивещество: отталкивает ли оно обычное вещество или притягивается к нему. Здесь уместно упомянуть о современных экспериментах в ЦЕРНе, которые пытаются дать ответ на этот вопрос. Также можно провести различие между антигравитацией и эффектом темной энергии, которая вызывает ускоренное расширение Вселенной.

Ответ: Проект исследует гипотетическую концепцию антигравитации, рассматривая ее с точки зрения современных физических теорий и экспериментальных поисков (например, взаимодействия гравитации и антивещества).