Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 18 № 28287
i

Кру­тиль­ные весы

От­кры­тие Нью­то­ном за­ко­на все­мир­но­го тя­го­те­ния яви­лось важ­ней­шим со­бы­ти­ем в ис­то­рии фи­зи­ки. Его зна­че­ние опре­де­ля­ет­ся, пре­жде всего, уни­вер­саль­но­стью гра­ви­та­ци­он­но­го вза­и­мо­дей­ствия. На за­ко­не все­мир­но­го тя­го­те­ния ос­но­вы­ва­ет­ся один из цен­траль­ных раз­де­лов аст­ро­но­мии  — не­бес­ная ме­ха­ни­ка. До на­ча­ла XIX в. кон­стан­та G в закон все­мир­но­го тя­го­те­ния не вво­ди­лась, так как во вре­ме­на Нью­то­на были опре­де­ле­ны раз­ме­ры Земли, но не ее масса. И для всех рас­че­тов в не­бес­ной ме­ха­ни­ке ис­поль­зо­ва­ли кон­стан­ту GM (про­из­ве­де­ние гра­ви­та­ци­он­ной по­сто­ян­ной на массу Земли).

Ис­то­ри­че­ски пер­вым экс­пе­ри­мен­таль­ным до­ка­за­тель­ством за­ко­на все­мир­но­го тя­го­те­ния для обыч­ных тел, а также из­ме­ре­ни­ем гра­ви­та­ци­он­ной по­сто­ян­ной стал опыт ан­глий­ско­го уче­но­го Генри Ка­вен­ди­ша с кру­тиль­ны­ми ве­са­ми, по­став­лен­ный в конце XVIII в.

Уста­нов­ка, ко­то­рую ис­поль­зо­вал Г. Ка­вен­диш, пред­став­ля­ла собой де­ре­вян­ное ко­ро­мыс­ло с при­креп­лен­ны­ми к его кон­цам не­боль­ши­ми од­но­род­ны­ми свин­цо­вы­ми ша­ра­ми мас­сой по 775 г каж­дый. Ко­ро­мыс­ло было под­ве­ше­но на нити из по­се­реб­рен­ной меди дли­ной 1 м. К шарам под­но­си­ли более тя­же­лые од­но­род­ные шары мас­сой 49,5 кг, сде­лан­ные также из свин­ца. Уста­нов­ка была за­клю­че­на в ка­ме­ру для за­щи­ты от внеш­них кон­век­ци­он­ных по­то­ков. Угол за­кру­чи­ва­ния нити θ из­ме­рял­ся при по­мо­щи те­ле­ско­па, так как был очень ма­лень­ким. Упру­гость нити на кру­че­ние опре­де­ля­лась ис­хо­дя из пе­ри­о­да сво­бод­ных ко­ле­ба­ний ко­ро­мыс­ла. В на­ча­ле XIX в. уче­ные, про­ана­ли­зи­ро­вав ре­зуль­та­ты опы­тов Ка­вен­ди­ша, смог­ли опре­де­лить гра­ви­та­ци­он­ную по­сто­ян­ную G.

Из­ме­рив мо­дуль сил вза­и­мо­дей­ствия, массы шаров и рас­сто­я­ние между их цен­тра­ми, можно было опре­де­лить гра­ви­та­ци­он­ную по­сто­ян­ную из фор­му­лы за­ко­на все­мир­но­го тя­го­те­ния.

Рис. 1. Кон­струк­ция Ка­вен­ди­ша

Рис. 2. Схема вза­и­мо­дей­ствия шаров

в опыте Ка­вен­ди­ша

Опыт Ка­вен­ди­ша часто на­зы­ва­ют опы­том по взве­ши­ва­нию Земли. О чем идет речь? Ответ по­яс­ни­те.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Ответ: с по­мо­щью за­ко­на все­мир­но­го тя­го­те­ния можно найти массу Земли.

Объ­яс­не­ние. Уста­но­вив ве­ли­чи­ну ко­эф­фи­ци­ен­та про­пор­ци­о­наль­но­сти в закон все­мир­но­го тя­го­те­ния, можно вы­чис­лить массу Земли, зная силу тя­же­сти и массу тела, при­тя­ги­ва­ю­ще­го­ся к Земле:

M_З= дробь: чис­ли­тель: FR в квад­ра­те _З, зна­ме­на­тель: Gm конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на во­прос, и при­ве­де­но до­ста­точ­ное обос­но­ва­ние, не со­дер­жа­щее оши­бок2
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на по­став­лен­ный во­прос, но его обос­но­ва­ние не яв­ля­ет­ся до­ста­точ­ным, хотя со­дер­жит ука­за­ние на фи­зи­че­ские яв­ле­ния (за­ко­ны), при­част­ные к об­суж­да­е­мо­му во­про­су.

ИЛИ

Пред­став­ле­ны кор­рект­ные рас­суж­де­ния, при­во­дя­щие к пра­виль­но­му от­ве­ту, но ответ явно не сфор­му­ли­ро­ван

1
Пред­став­ле­ны общие рас­суж­де­ния, не от­но­ся­щи­е­ся к от­ве­ту на по­став­лен­ный во­прос.

ИЛИ

Ответ на во­прос не­ве­рен не­за­ви­си­мо от того, что рас­суж­де­ния пра­виль­ны или не­вер­ны, или от­сут­ству­ют

0
Мак­си­маль­ный балл2
Раздел кодификатора ФИПИ: 1.13 Все­мир­ное тя­го­те­ние. Сила тя­же­сти.