Тартылыс Заңы

Жоба авторлары: Жапсаров Нұрбек Төлегенұлы,Ибадулла Ерсұлтан

Мамаңдық: 6B01502-Физика мұғалімдерін даярлау

Ғылыми жетекші: Оразымбетова Гүлайым

ТАРТЫЛЫС ЗАҢЫ

Аннотация

Тартылыс заңы – Исаак Ньютон ашқан, бүкіл әлемдік гравитацияның негізінде жатқан маңызды физикалық заң. Бұл заң ғаламдағы барлық денелердің бір-біріне тартылыс күші арқылы әсер ететінін сипаттайды. Заң бойынша, кез келген екі дененің арасындағы тартылыс күші олардың массаларының көбейтіндісіне тура пропорционал, ал арақашықтықтың квадратына кері пропорционал. Тартылыс күші барлық астрономиялық және жердегі құбылыстарға үлкен әсер етеді, оның ішінде планеталардың қозғалысы, жердегі заттардың салмағы және тіпті климаттық өзгерістер де осы заңға бағынышты. Ньютонның тартылыс заңы – классикалық физиканың іргелі тұжырымдамаларының бірі, оның әсері және қолданысы заманауи ғылым мен техникада да кеңінен байқалады.

Кілт сөздер

Гравитация,ауырлық күші, классикалық физика,масса.

Кіріспе

Тартылыс заңы табиғаттағы негізгі күштердің бірі болып табылады, және оның негізінде Исаак Ньютонның бүкіл әлемдік тартылыс заңы жатыр. Бұл заң ғаламдағы барлық денелердің бір-біріне тартылатындығын сипаттайды және тартылыс күші екі дененің массаларына тікелей, ал олардың арасындағы арақашықтықтың квадратына кері пропорционал болады. Тартылыс заңын демонстрациялау физика сабақтарында осы заңның әсерін және оның кең қолданысын көрсету үшін өте пайдалы.

Тартылыс заңына шолу

Гравитациялық тұрақты , Ньютон тұрақтысы (әдетте G , кейде G _N немесе γ деп белгіленеді ) ^[ 1 ] іргелі физикалық тұрақты , гравитациялық өзара әрекеттесу  тұрақтысы .

Ньютонның бүкіләлемдік тартылыс заңына сәйкес , массалары [ ^2 ] m ₁ және m ₂ r қашықтықта орналасқан ^екі материалдық нүкте арасындағы тартылыс күші F мынаған тең:

Ф=Гм1м2r2.

Бұл теңдеудегі G пропорционалдық коэффициенті гравитациялық тұрақты деп аталады . Сандық түрде ол бірлік қашықтықта орналасқан басқа ұқсас дененің массасы бірлік нүктелік денеге әсер ететін тартылыс күшінің модуліне тең.

Гравитациялық константаның өлшеу дәлдігі басқа физикалық шамаларды өлшеу дәлдігінен бірнеше рет төмен болады ^[ 3 ] .

Халықаралық бірліктер жүйесінде (SI) 2024 жылға Ғылым және технология бойынша деректер комитеті ( CODATA ) ұсынған гравитациялық тұрақтының мәні ^[ 4 ] :

G = 6,67430(15)⋅10 ⁻¹¹ м ³ с ⁻² кг ⁻¹ , немесе H m² кг ⁻² .

Гравитациялық тұрақты басқа физикалық және астрономиялық шамаларды, мысалы, Жерді қоса алғанда, Ғаламдағы планеталардың массасы, сондай-ақ басқа ғарыштық денелерді килограмм сияқты дәстүрлі өлшем бірліктеріне түрлендірудің негізі болып табылады. Оның үстіне, гравитациялық өзара әрекеттесу әлсіздігі және нәтижесінде гравитациялық тұрақты өлшеу дәлдігі төмен болғандықтан, ғарыштық денелердің массалық қатынасы әдетте килограммдағы жеке массаларға қарағанда әлдеқайда дәлірек белгілі.

Гравитациялық тұрақты бірліктер Планк жүйесіндегі негізгі өлшем бірліктерінің бірі болып табылады .

Зерттеу әдістері

Архимед күші бойынша бірнеше тәжірибе ұсынамын. Бұл тәжірибелер суда қалқып тұру және денелерге әсер ететін кері итеруші күшті көрсетуге көмектеседі.

Тәжірибе 1: Шарлармен тәжірибе:

Құрал-жабдықтар:

• Массалары әр түрлі шарлар

• Жіп

• Штатив(Kамертон)

Тәжірибенің барысы:

Зертханалық жағдайларда әртүрлі массалы екі шарды іліп қойып, олардың тартылысын байқауға болады. Бұл жағдайда күш аз болғанымен, сезімтал аспаптардың көмегімен олардың өзара тартылыс әсерін тіркеуге болады. Бұл тәжірибе арқылы оқушылар тартылыс күшінің денелердің массаларына және олардың қашықтығына тәуелділігін көре алады.

Қорытынды: Бұл тәжірибе тартылыс күшінің массаларға және денелер арасындағы қашықтыққа тәуелділігін анық көрсетеді. Массалары әртүрлі екі шардың тартылыс күші, олардың арасындағы қашықтыққа және массаның өсуіне байланысты өзгереді. Бұл зертханалық тәжірибе оқушыларға ғаламшарлар арасындағы тартылыс заңдылықтарын түсінуге және олардың ғылыми құбылыстарға әсерін көрнекі түрде түсінуге мүмкіндік береді.

Бұл эксперименттерінің сипаттамасы:

Тартылыс күшінің ғаламдық сипаты: Бұл эксперименттер тартылыс күшінің барлық объектілерге, оның ішінде планеталар мен жұлдыздарға да әсер ететінін көрсетеді. Олар Ньютонның айтуынша, денелер бір-біріне әсер ететін тартылыс күшінің бар екенін дәлелдейді.

Күш пен масса арасындағы байланыс: Эксперименттер түрлі массалы денелердің қалай әрекет ететінін көрсетеді. Күштің дененің массасына тәуелділігі көрінеді, яғни үлкен массалы денелер арасындағы тартылыс күші үлкен болады.

Қашықтықтың әсері: Тартылыс күшінің қашықтыққа тәуелділігі анықталады. Қашықтықтың екі есеге артқанында тартылыс күші төрт есеге дейін азаяды, бұл заңы арқылы ғарыштық денелердің қозғалысы мен олардың бір-біріне әсерін түсінуге болады.

Гравитациялық орбиталар мен қозғалыс заңдары: Астрономиялық демонстрациялар арқылы ғаламшарлар мен олардың орбиталарындағы тартылыс күші түсіндіріледі. Планеталар мен жұлдыздар белгілі бір орбитада қозғалып, бұл қозғалыстарды тартылыс күшінің әсерінен басқаратын заңдылықтарды көрсетуге мүмкіндік береді.

Осы эксперименттер Ньютонның тартылыс заңын көрнекі түрде түсінуге көмектесіп, физика мен астрономиядағы негізгі принциптерді жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді.

Нәтижелер

Ньютонның тартылыс заңын түсіндіретін эксперименттер бірнеше маңызды нәтижелерді көрсетеді:

Гравитациялық күштің әмбебаптығы: Барлық денелер бір-біріне тартылыс күшін тигізеді. Бұл заң планеталар мен жұлдыздар сияқты астрономиялық денелерден бастап, жер бетіндегі объектілерге дейін жұмыс істейді.

Масса мен тартылыс күші арасындағы тәуелділік: Тартылыс күші дененің массасына тура пропорционал. Яғни, масса неғұрлым үлкен болса, тартылыс күші соғұрлым күшті болады.

Қашықтықтың тартылыс күшіне әсері: Тартылыс күші денелер арасындағы қашықтықтың квадратымен кері пропорционал. Қашықтық ұлғайған сайын күш азаяды, бұл заңды ғарыштық объектілердің қозғалыстарын зерттеуде маңызды көрсеткіш етеді.

Гравитациялық орбиталар: Планеталардың қозғалысы тартылыс күшімен басқарылатындығын көрсететін эксперименттер орбиталық қозғалыстың табиғатын ашады. Планеталар өздерінің орбиталарында тұрақты қозғалады, бұл тартылыс күшінің оларды тұрақтандырып тұратынын дәлелдейді.

Бұл эксперименттер тартылыс заңын түсінуге көмектесіп, оның бүкіл әлемдегі құбылыстарды реттейтін негізгі күш екенін көрсетеді.

Талқылау

Тартылыс заңын демонстрациялау арқылы алынған эксперименттер бізге гравитацияның барлық денелерге бірдей әсер ететіндігін, оның әсері дененің массасы мен арақашықтыққа тәуелді екендігін нақты көрсетеді. Мысалы, екі дене бір-біріне тартылған кезде олардың массасы артқан сайын тартылыс күші ұлғаятыны немесе денелер арасындағы қашықтық жақындаған сайын күштің күшті болатыны белгілі. Бұл нәтижелер Ньютонның тартылыс заңын нақты және тәжірибелік тұрғыдан түсінуге көмектеседі. Сонымен қатар, астрономиялық демонстрациялар арқылы біз Күн жүйесіндегі планеталар мен олардың орбиталарын, сондай-ақ тартылыс күшінің олардың қозғалысындағы рөлін тереңірек түсінеміз. Бұл тәжірибелер астрономия, физика және ғарыштық зерттеулер саласында маңызды болып табылады. Әсіресе, ғарыштық миссиялар мен спутниктерді жоспарлау кезінде тартылыс күші мен оның әртүрлі денелерге әсерін есепке алу өте маңызды. Тартылыс заңын зерттеу бізге тек теориялық білімді кеңейтуге ғана емес, ғарыштық технологияларды дамытуға, сондай-ақ ғарыштағы қозғалыстарды болжауға көмектеседі.Сонымен қатар, ауа шарларының көтерілуінде де Архимед күші маңызды. Шарға толтырылған жеңіл газдар (мысалы, гелий немесе сутегі) оның тығыздығын азайтады, нәтижесінде ауаға қарағанда жеңіл болып, жоғары көтерілуді қамтамасыз етеді. Сүңгуір қайықтар да Архимед күшін қолдану арқылы су астында жұмыс істей алады, олар ішіндегі судың мөлшерін реттеу арқылы суға батуды немесе бетке қалқуды басқарады.

Қорытынды

Қорытындылай келе, бүкіл әлемдік тартылыс заңы — бұл табиғаттың ең маңызды және қызықты заңдарының бірі. Ол Ньютонның ғажайып ашылуының арқасында біздің ғаламды түсінуімізді түбегейлі өзгертіп, астрономия мен физикадағы көптеген құбылыстарды түсінуге жол ашты. Бұл заң жер бетіндегі күнделікті өмірде көрінбейтін күштерді анықтап, ғарыштағы әртүрлі денелердің қозғалысын түсіндіреді. Эксперименттер мен демонстрациялар арқылы біз тартылыс күшінің денелер арасындағы әрекетін көру арқылы осы заңның шынайы әлемдегі әсерін тереңірек түсіне аламыз. Симуляциялар мен астрономиялық бақылаулар тартылыс заңын нақты мысалдармен көрсете отырып, ғылымды оқытуға және түсінуге айтарлықтай көмек береді. Осылайша, бүкіл әлемдік тартылыс заңының негіздерін тереңірек зерттеу және түсіну бізге әлемнің қалай жұмыс істейтіні туралы көптеген құпияларды ашады, ал бұл білім өз кезегінде ғылыми зерттеулер мен жаңалықтардың дамуына ықпал етеді.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Визгин В П Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование) (М.: Наука, 1981) https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=706731

2. Alley C et al. Experimental Gravitation, Proc. of the Conf. at Pavia, September 1976 (Ed. B Bertotti) (New York: Academic Press, 1976) https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=706736

3. Weinberg S Gravitation and Cosmology (New York: Wiley, 1972) p. 79; Русский перевод, Вейнберг C Гравитация и космология: принципы и применение общей теории относительности (М.: Мир, 1975) с. 95. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=494184 

4. Стрелков, С. П. Механика : учебное пособие / С. П. Стрелков. – Изд. 3-е, перераб. – Москва : Наука, 1975. – 560с.https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=494770 

5. Голубева, О. В. Механика : учебное пособие для иностранных студентов : [16+] / О. В. Голубева, С. Г. Жигаленко, О. И. Гаммершмидт ; Липецкий государственный педагогический университет им. П. П. Семенова-Тян-Шанского. – Липецк : Липецкий государственный педагогический университет им. П.П. Семенова-Тян-Шанского, 2018. – 99 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=576651 

6. Долгушин, В. А. Механика : сопротивление материалов. Расчёт элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость : учебно-методическое пособие : [16+] / В. А. Долгушин, С. С. Соляник, А. В. Спирина ; Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ). – Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), 2019. – 49 с.: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=576272

7. Богомаз, И. В. Механика : учебное пособие / И. В. Богомаз. – Красноярск : Сибирский федеральный университет (СФУ), 2012. – 346 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=229251 

8. Механика : методические указания к выполнению лабораторных работ по физике : методическое пособие : [16+] / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), Кафедра физики. – Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), 2014. – 66 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=276921 

9. Механика : учебное пособие / В. Кушнаренко, Ю. Чирков, А. Ефанов [и др.] ; Оренбургский государственный университет. – Оренбург : Оренбургский государственный университет, 2014. – 275 с.https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=259375 

10. Козырев, А. В. Механика : учебное пособие / А. В. Козырев ; Томский Государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). – Томск : Эль Контент, 2012. – 136 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208680