Номер 5, страница 34 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

II. Основы динамики. Работаем с текстом - номер 5, страница 34.

Условие.

5. Объясните высказывание Иоганна Кеплера: «Не камень стремится к Земле, а, скорее, Земля его влечёт к себе».

Решение.

Это высказывание Иоганна Кеплера представляет собой важный шаг в понимании природы движения тел и является предвестником закона всемирного тяготения, сформулированного позже Исааком Ньютоном.

Во времена Кеплера доминировали взгляды Аристотеля, согласно которым тела обладали "естественным стремлением" двигаться к своему "естественному месту". Для "земных" объектов, таких как камень, этим местом был центр Вселенной, который отождествлялся с центром Земли. Таким образом, камень падал, потому что он сам "хотел" или "стремился" вниз. Фраза Кеплера "Не камень стремится к Земле" напрямую оспаривает эту идею, отрицая, что у камня есть собственная воля или внутреннее свойство, заставляющее его падать.

Продолжение фразы, "а, скорее, Земля его влечёт к себе", переносит причину движения с самого объекта (камня) на внешний фактор — на Землю. Кеплер предполагает, что существует некое воздействие, некая "сила притяжения", которую Земля оказывает на камень. Это была революционная идея, заложившая основу для концепции гравитации как силы, действующей на расстоянии.

Современная физика полностью подтверждает и уточняет догадку Кеплера. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, любые два тела, обладающие массой, притягивают друг друга с силой, которая прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: $F = G \frac{M \cdot m}{r^2}$, где $\text{M}$ — масса Земли, а $\text{m}$ — масса камня. Важно понимать, что это взаимодействие взаимно (согласно третьему закону Ньютона): с какой силой Земля притягивает камень, с точно такой же силой и камень притягивает Землю. Однако результат этого взаимодействия для камня и для Земли кардинально различается. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела обратно пропорционально его массе ($a = F/m$).

Поскольку масса Земли ($\text{M}$) неизмеримо больше массы камня ($\text{m}$), то при одинаковой силе $\text{F}$ ускорение камня ($a_{камня} = F/m$) будет очень большим (около $9.8 \text{ м/с}^2$), и мы видим его падение. В то же время ускорение, которое получает Земля ($a_{Земли} = F/M$), будет ничтожно малым и совершенно незаметным. Таким образом, хотя притяжение и взаимно, мы наблюдаем движение только одного объекта — камня — к другому, практически неподвижному объекту — Земле. Поэтому Кеплер был прав, интуитивно указывая, что активной стороной в этом наблюдаемом явлении выступает именно Земля, которая "влечёт" камень к себе своей огромной массой.

Ответ: Высказывание Кеплера означает отказ от античного представления о "внутреннем стремлении" тел к своему естественному месту и введение нового понятия о силе притяжения, исходящей от массивного объекта (Земли). Кеплер утверждает, что причиной падения камня является не его собственное желание, а внешнее воздействие — сила, с которой Земля притягивает камень. Хотя, согласно законам Ньютона, это притяжение взаимно, из-за огромной разницы в массах мы наблюдаем лишь падение камня на практически неподвижную Землю, что и создает впечатление, будто именно Земля является единственной активной стороной в этом взаимодействии.