Номер 1, страница 77 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Движение и взаимодействие тел. Параграф 21. Сила тяжести. Темы докладов - номер 1, страница 77.

Условие.

1. История изучения закона всемирного тяготения.

Решение.

1. История изучения закона всемирного тяготения.

Изучение тяготения имеет долгую историю, прошедшую путь от философских представлений древности до современных теорий, описывающих Вселенную. Этот путь можно разделить на несколько ключевых этапов.

Античность и Средневековье. В древности преобладали взгляды Аристотеля, который считал, что тела стремятся к своему "естественному месту". Для тяжелых тел (состоящих из элементов земли и воды) таким местом был центр Вселенной, который, по его мнению, совпадал с центром Земли. Он также полагал, что скорость падения тела пропорциональна его весу. Эти идеи, основанные на геоцентрической модели мира Птолемея, господствовали в науке почти два тысячелетия.

Эпоха Возрождения и научная революция. Коренной перелом начался с работ Николая Коперника, предложившего гелиоцентрическую систему мира. Это изменило представление о движении небесных тел. Вслед за ним Иоганн Кеплер, анализируя многолетние и точнейшие астрономические наблюдения Тихо Браге, сформулировал три закона движения планет. Законы Кеплера эмпирически описывали, как движутся планеты (по эллипсам, с определенной скоростью и периодом), но не объясняли, почему они движутся именно так. В то же время Галилео Галилей своими экспериментами с падающими телами опроверг учение Аристотеля, показав, что (в отсутствие сопротивления воздуха) все тела падают с одинаковым ускорением независимо от их массы.

Классическая теория: Исаак Ньютон. Великий синтез идей был осуществлен Исааком Ньютоном. Легенда о яблоке, упавшем на его голову, иллюстрирует его гениальную догадку: сила, заставляющая яблоко падать на землю, и сила, удерживающая Луну на орбите, имеют одну и ту же природу. В своем фундаментальном труде "Математические начала натуральной философии" (1687 г.) Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Закон гласит, что любые два тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Математически это выражается формулой:
$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$
где $\text{F}$ – сила тяготения, $m_1$ и $m_2$ – массы тел, $\text{r}$ – расстояние между их центрами, а $\text{G}$ – гравитационная постоянная.Ньютон смог математически вывести из своего закона все три закона Кеплера, тем самым предоставив физическое объяснение движению планет. Однако сам Ньютон не смог определить численное значение $\text{G}$.

Дальнейшее развитие и подтверждение. В 1798 году Генри Кавендиш с помощью крутильных весов провел знаменитый эксперимент, в котором впервые измерил силу притяжения между небольшими массами в лабораторных условиях. Это позволило ему с высокой точностью вычислить значение гравитационной постоянной $\text{G}$ и, как следствие, "взвесить Землю" (определить её массу). Теория Ньютона имела огромный успех: на ее основе была предсказана и затем открыта планета Нептун по возмущениям в орбите Урана. Однако к концу XIX века накопились данные, которые не укладывались в ньютоновскую картину, — в частности, аномальное смещение перигелия орбиты Меркурия.

Современная теория: Альберт Эйнштейн. Новый революционный шаг был сделан Альбертом Эйнштейном. В 1915 году он создал общую теорию относительности (ОТО), которая представляет гравитацию не как силу, а как проявление искривления пространства-времени под действием массы и энергии. Согласно ОТО, массивные тела "продавливают" ткань пространства-времени, а другие тела движутся по кратчайшим путям (геодезическим линиям) в этом искривленном пространстве. ОТО не только точно объяснила аномалию орбиты Меркурия, но и предсказала новые, ранее неизвестные эффекты: искривление лучей света вблизи массивных объектов (гравитационное линзирование), замедление времени в гравитационном поле и существование гравитационных волн — ряби пространства-времени, распространяющейся со скоростью света. Все эти предсказания были блестяще подтверждены экспериментально, начиная с наблюдения искривления света звезд во время солнечного затмения в 1919 году и заканчивая прямой регистрацией гравитационных волн от слияния черных дыр в 2015 году.

Современные исследования. Несмотря на триумф ОТО, история изучения гравитации не закончена. Общая теория относительности несовместима с квантовой механикой, описывающей мир на микроуровне. Создание единой теории "квантовой гравитации" является одной из главных задач современной теоретической физики. Кроме того, такие явления, как темная материя и темная энергия, указывают на то, что наше понимание гравитации и устройства Вселенной, возможно, все еще неполно.

Ответ: История изучения закона всемирного тяготения прошла путь от натурфилософских представлений Аристотеля через эмпирические законы Кеплера и экспериментальные открытия Галилея к созданию классической теории гравитации Исааком Ньютоном в 1687 году. Ньютон установил, что сила притяжения между телами пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эта теория была развита и подтверждена работами Кавендиша и открытием Нептуна. В XX веке Альберт Эйнштейн в рамках общей теории относительности предложил новое понимание гравитации как искривления пространства-времени, что позволило объяснить наблюдаемые аномалии и предсказать новые эффекты, такие как гравитационные волны. Современные исследования направлены на создание квантовой теории гравитации и объяснение феноменов темной материи и темной энергии.