 |
Астронет: М. Е. Набоков Методика преподавания астрономии http://variable-stars.ru/db/msg/1174656/chapter6-15.html |
| << Предыдущая |
§ 54. Закон всемирного тяготения.
Изложение закона всемирного тяготения является одним из важнейших отделов курса астрономии. Действительно, открытие закона тяготения закончило исследование планетных движений нахождением причины существования замкнутых орбит, привело к выводу о возможности существования гиперболических и параболических орбит и этим совершенно покончило с аристотелевскими представлениями о "совершенных" движениях и "совершенных" траекториях-окружностях.
При изложении существенно показать учащимся на примере движения Луны вокруг Земли, что тяготение - не какая-нибудь неземная сила. Хотя это заключение и даётся в курсе физики IX класса, но его полезно повторить и притом обязательно на историческом фоне, указав, что мысль о существовании закона обратной пропорциональности квадратам расстояний уже была высказана до Ньютона1.
Большое значение вывода Ньютона заключается именно в доказательстве, что центральная сила, движущая Луну, есть та же, которая действует и на поверхность Земли в виде "силы тяжести". Известно, что эта часть общей работы Ньютона была предметом недовольства церковных кругов, видевших в этом сведение внеземного, "небесного", к самому обыкновенному материальному явлению.
Сущность вывода, как известно, заключается в том, что из ускорения силы тяжести вычисляется ускорение, существующее в точке, удалённой от Земли на расстояние Луны, в предположении о существовании такого закона, и сравнивается с результатом, полученным путём вычисления центростремительного ускорения при круговом движении, как это известно учащимся из курса физики. Совпадение (достаточно близкое) и явилось показателем правильности принятой закономерности. Учитель должен обратить внимание учащихся на значение точного определения радиуса земного шара для проверки правильности вывода.
Начертив на доске орбиту Луны с
Землёй в центре, учитель проводит от Луны
касательную к орбите и намечает на ней ту
точку, где должна бы находиться Луна
согласно первому закону движения механики.
Учитель показывает, что Луна в
действительности находится на орбите.
Отсюда делается вывод, что существует
центростремительное ускорение,
направленное к Земле, вследствие которого (если
брать малые промежутки времени) Луна из
первого положения приходит во второе по
диагонали, и далее всё повторяется так же.
Вывод об идентичности этого ускорения с
ускорением силы тяжести на Земле надо дать
в той форме, как это дано Ньютоном2.
В учебнике астрономии для Х класса этот
вывод изложен в современных формулах
ускорения. Учитель при этом показывает,
написав центростремительное ускорение в
форме 
(D -
расстояние, T - период обращения), что из
наблюдений можно его вычислить по D и Т.
Затем, указав на предположение, что это та же тяжесть, что действует на Земле, но уменьшенная в D2 раз (принимая за единицу радиус Земли), записывает предположительное ускорение:
После этого, не производя тут же вычислений, а предлагая учащимся в виде домашнего задания сделать расчёт; говорит, что вычисление по наблюдениям и по предположению даёт одинаковый результат, что подтверждает одинаковость "небесного" и земного притяжении.
Полезно при этом указать, что на точность вывода влияет точность определения размера Земли геодезистами и что Ньютон только тогда получил уверенное доказательство, когда узнал о новом, в то время более точном измерении Земли.
При изложении надо предупредить возможность появления у учащихся ньютонианского представления о начальном толчке. Для этого нужно указать на вечность движения материи и вытекающую отсюда ненужность каких-либо начальных толчков.
Необходимо при этом рассказать об открытии Ломоносовым закона сохранения вещества и движения и таким образом противопоставить деистическому мировоззрению Ньютона подлинно материалистические взгляды Ломоносова: Ньютон не смог обойтись без "первого толчка", Ломоносов же не нуждался в нём для объяснения явлений природы.
Обобщение Ньютона об орбитах гиперболических и параболических необходимо проиллюстрировать показом этих кривых и указанием на орбиты комет.
Учащимся следуем дать представление об элементах небесной механики. Введением к этому вопросу учитель должен сделать изложение истории открытия Нептуна. Изложение следует начать с указания на соотношение масс Солнца и планет, вследствие которого для планеты возможно вычисление эфемериды её сначала без учёта влияния других планет. Далее учитель может дать общее понятие о возмущениях и привести фактический материал об открытии Нептуна и Плутона.
Понятие о возмущениях можно дать, изобразив орбиты двух планет с последовательными их положениями, разделёнными одинаковыми промежутками времени. После этого, проведя для двух одновременных положений планет векторы взаимного притяжения, учитель разъясняет, что обе планеты должны изменить своё движение. Затем, исходя из третьего закона механики, выводит, что меньшая по массе планета сдвинется больше. Это краткое рассуждение служит для объяснения, что наблюдавшееся возмущение Урана послужило материалом для открытия путём вычисления Нептуна. Надо указать, что все тела во вселенной взаимосвязаны: всякое движение одного тела влечёт за собой изменение движения другого.
Изложение теории приливов должно быть кратким и поставлено так, чтобы учащиеся ясно поняли необходимость возникновения приливной волны и на стороне земного шара, противоположной той, где находится Луна. При этом не следует забывать, что приливы обусловлены не только Луной, но и Солнцем. Наглядное пояснение прилива можно дать с помощью описанной выше модели.
При изложении вопроса о приливах не надо забывать рассказать учащимся о практическом значении этого вопроса для мореплавания и привести примеры учёта приливов и отливов в океанских портах СССР. В этом случае получается возможность показать, как теория тяготения, на первый взгляд далёкая от практики, служит вместе с геофизикой для предвычисления приливов. Такое же указание надо сделать и о значении гравиметрии для отыскания полезных ископаемых.
1 Не следует
рассказывать о яблоке, якобы приведшем
Ньютона к открытию закона, о котором он "постоянно
думал", по его собственным словам. Такой
рассказ вреден тем, что он может создать в
умах учащихся ложное представление о
случайности открытия ("А если бы яблоко
не упало?"). Может явиться вопрос у
учащихся и о лёгкости его открытия ("достаточно
посмотреть на падающее яблоко").
2 И. Ньютон.
Математические начала натуральной
философии, перевод А. Н. Крылова, Изд. АН СССР,
стр. 510 и 511.
| << Предыдущая |