Номер 4, страница 124, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Основы динамики. Параграф 28. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 4, страница 124.

Условие.

• История открытия закона всемирного тяготения.

Решение.

История открытия закона всемирного тяготения.

Открытие закона всемирного тяготения — это один из величайших прорывов в истории науки, неразрывно связанный с именем Исаака Ньютона, однако его работа опиралась на труды многих предшественников.

1. Предпосылки: Идеи о притяжении тел существовали с античности, но носили философский характер. Прорыв начался в XVI-XVII веках с развитием гелиоцентрической системы мира Коперника. Важнейший вклад внёс немецкий астроном Иоганн Кеплер. Основываясь на точных наблюдениях Тихо Браге, Кеплер в начале XVII века сформулировал три закона движения планет. Эти законы эмпирически описывали, как планеты движутся вокруг Солнца (по эллипсам, с определённой скоростью и т.д.), но не объясняли, почему они движутся именно так. Кеплер предполагал наличие некой силы, исходящей от Солнца, которая управляет этим движением.

2. Исаак Ньютон и "яблоко": Легенда о яблоке, упавшем на голову Ньютону, является, скорее всего, мифом, но она хорошо иллюстрирует ход его мысли. Находясь в своём имении Вулсторп во время эпидемии чумы (1665-1667 гг.), Ньютон размышлял о природе силы, заставляющей предметы падать на Землю. Его гениальная догадка состояла в том, чтобы предположить, что эта же самая сила, действующая на яблоко, простирается гораздо дальше — до Луны, и именно она удерживает Луну на её орбите, не давая ей улететь в космос.

3. Формулировка закона: Ньютон провёл вычисления, сравнив ускорение свободного падения на поверхности Земли с ускорением, необходимым для удержания Луны на её орбите. Он пришёл к выводу, что сила притяжения убывает пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. Обобщив это наблюдение, он предположил, что такая сила притяжения действует между любыми двумя телами во Вселенной. Он также установил, что эта сила прямо пропорциональна произведению масс этих тел.

В 1687 году в своём фундаментальном труде «Математические начала натуральной философии» Исаак Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения. В математической форме он выглядит так:
$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$
где $\text{F}$ — сила взаимного притяжения, $m_1$ и $m_2$ — массы тел, $\text{r}$ — расстояние между центрами масс тел, а $\text{G}$ — гравитационная постоянная, универсальная для всех тел во Вселенной.

4. Определение гравитационной постоянной: Сам Ньютон не смог вычислить значение коэффициента $\text{G}$. Это удалось сделать лишь более чем через 100 лет, в 1798 году, английскому физику Генри Кавендишу с помощью сложнейшего для того времени эксперимента с крутильными весами. Определение значения $\text{G}$ позволило впервые «взвесить» Землю, то есть вычислить её массу.

Таким образом, открытие закона было результатом объединения эмпирических данных (законы Кеплера) и гениального теоретического обобщения Ньютона, который показал, что движение небесных тел и падение предметов на Земле подчиняются одному и тому же универсальному закону.

Ответ: Закон всемирного тяготения был открыт Исааком Ньютоном в 1687 году. Он объединил земную и небесную механики, предположив, что сила, заставляющая яблоко падать на Землю, и сила, удерживающая Луну на орбите, имеют одну и ту же природу. Опираясь на законы Кеплера, Ньютон математически вывел, что сила притяжения между двумя телами пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.