Теоретическая часть.

Задание: Покажи второй шарик, четвертый, первый.

Тема: Изучение гравитационного поля Земли.

Цель работы: определение ускорения силы тяжести (напряженности), потенциала гравитационного поля Земли и гравитационной постоянной из наблюдений колебаний математического маятника.

Приборы и принадлежности: установка с математическим маятником, масштабная линейка, секундомер.

Теоретическая часть.

Сила всемирного тяготения.

В начале XVI века польским астрономом Николаем Коперником (14731543) обоснована гелиоцентрическая система, согласно которой Земля и все остальные планеты вращаются вокруг Солнца, которое является центром планетной системы.

Немецкий астроном Иоганн Кеплер (1570-1630) на основе обработки и уточнения результатов многолетних наблюдений датского астронома Тихо Браге (1546-1601) установил три закона движения планет::

1. Планета движется вокруг солнца по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце.

2. Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади.

3. Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит.

Английский физик Исаак Ньютон, изучая движение небесных тел, на основании законов Кеплера и основных законов механики открыл закон всемирного тяготения.

В классической физике гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения: Между любыми двумя материальными точками действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению массы данных точек m₁ и m₂и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними r².

Эта сила называется гравитационной или силой всемирного тяготения.

Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной, это одна из фундаментальных констант.

Гравита́ция (всеми́рное тяготе́ние, тяготе́ние) (от лат. gravitas — «тяжесть») — дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены всематериальные тела. По современным данным, является универсальным взаимодействием в том смысле,что, в отличие от любых других сил, всем без исключения телам независимо от их массы придаёт одинаковоеускорение. Главным образом гравитация играет определяющую роль в космических масштабах. Термингравитация используется также как название раздела физики, изучающего гравитационное взаимодействие.Наиболее успешной современной физической теорией в классической физике, описывающей гравитацию,является общая теория относительности, квантовая теория гравитационного взаимодействия пока непостроена.

Релятиви́стская тео́рия гравита́ции (РТГ) — биметрическая теория гравитации, развиваемая в рамках специальной теории относительности (в авторской интерпретации) и основанная на представлении гравитационного поля как симметричного тензорного физического поля валентности 2 в пространстве Минковского. Оно формирует метрику эффективного риманова пространства, которое только и чувствуют прочие поля и частицы. В последних версиях утверждается, что теория содержит массивные гравитоны. Разрабатывалась академиком РАН А. А. Логуновым с группой сотрудников.

Гравитация-это проявление кривизны пространства-времени. Поле тяготения искривляет пространство тем больше, чем больше тяготеющая масса. Гравитационное поле, создаваемое массами, связывается с кривизной пространственно. Гравитация вызывает искривление пространства и замедление хода времени, что проявляется в происходящих процессах.

Гравитационное поле Земли.

Характеристиками гравитационного поля являются- напряженность и потенциал.

Напряженность- это силовая характеристика гравитационного поля, численно равная гравитационной силе, действующей на тело единичной массы, помещенное в данную точку поля.

Гравитационное поле Земли связано с наличием универсального взаимодействия между любыми телами и подчиняется закону всемирного тяготения.

Математический маятник.

Математи́ческий ма́ятник — осциллятор, представляющий собой механическую систему, состоящую изматериальной точки, находящейся на невесомой нерастяжимой нити или на невесомом стержне в однородном поле сил тяготения. Период малых собственных колебаний математического маятника длины L неподвижно подвешенного в однородном поле тяжести с ускорением свободного падения g равен

и не зависит от амплитуды колебаний и массы маятника.

Плоский математический маятник со стержнем — система с одной степенью свободы. Если же стержень заменить на растяжимую нить, то это система с двумя степенями свободы со связью. Пример школьной задачи, в которой важен переход от одной к двум степеням свободы.

При малых колебаниях физический маятник колеблется так же, как математический с приведённой длиной.