Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00001934
Механика
№2. Задание 18
ID: 00001934
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 чём идёт речь? Ответ поясните.
Источник: ФИПИ
Решение
Разбор:
1. До опыта Кавендиша учёным было известно произведение $GM_{\text{Земли}}$ из наблюдений за силой тяжести и радиусом Земли. Из закона всемирного тяготения: $$mg = \frac{GM_{\text{Земли}} \cdot m}{R_{\text{Земли}}^2} \implies GM_{\text{Земли}} = gR_{\text{Земли}}^2$$ Однако $G$ и $M_{\text{Земли}}$ по отдельности известны не были. 2. Кавендиш в своём опыте с крутильными весами измерил силу притяжения между двумя известными массами на известном расстоянии и таким образом экспериментально определил гравитационную постоянную $G$. 3. Зная $G$ и произведение $GM_{\text{Земли}}$, стало возможным вычислить массу Земли: $$M_{\text{Земли}} = \frac{gR_{\text{Земли}}^2}{G}$$Вывод:
«Взвешивание Земли» означает нахождение массы Земли. Опыт Кавендиша дал значение $G$, после чего масса Земли была вычислена через известные $g$ и $R_{\text{Земли}}$.Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Механика» (8)
- Задание 18 №00042903 — Текст к задаче: При исследовании больших глубин используют такие подводные…
- Задание 18 №00042902 — Текст к задаче: Один из важнейших законов в разделе физики, изучающем движение…
- Задание 18 №00042901 — Текст к задаче: Жидкость может действовать на дно сосуда с силой, превосходящей…
- Задание 18 №00042900 — Текс к задаче: Чистая руда почти никогда не встречается в природе. Почти всегда…
- Задание 18 №00042899 — Текст к задаче: Рассмотрим движение жидкости в трубе переменного сечения (рис.…
- Задание 18 №00041240 — Пирамида Хеопса является одним из семи чудес света. До сих пор остаётся много…
- Задание 18 №00041227 — История наших знаний о Меркурии уходит корнями в глубокую древность, это одна…
- Задание 18 №00040362 — Одним из проявлений взаимодействия тел является их деформация. Деформацией…