Применение информации из текста физического содержания · 63 задания
- Задание №18№18
Изменится ли и, если изменится, то как, намокание древесины, если её натереть воском? Ответ поясните.
Смачивание и капиллярные явления
- Задание №18№18
Может ли воспринимаемый человеком интервал времени между молнией и сопровождающим её громовым раскатом составлять 90 с? Ответ поясните.
Звук
- Задание №18№18
Какой оттенок (голубоватый или красноватый) будет иметь источник белого света, например уличный фонарь, если его рассматривать сквозь туманную дымку?…
Дисперсия света
- Задание №18№18
Молнии могут проходить в самих облаках (внутриоблачные молнии), а могут ударять в землю (наземные молнии). Для механизма электризации, описанного в те…
Постоянный ток. Сила тока. Напряжение
- Задание №18№18
Эффект Доплера справедлив и для звуковых волн. Изменяется ли, и если изменяется, то как, высота тона звукового сигнала поезда при его удалении от набл…
Звук
- Задание №18№18
Зависит ли, и если зависит, то как, глубина промерзания почвы от высоты снежного покрова при прочих равных условиях? Ответ поясните.
Виды теплопередачи
- Задание №18№18
Значительная часть энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне. Условно различают три составляющие диапазона инфракрасного излучения: коротково…
Электромагнитные волны
- Задание №18№18
Можно ли лёд, находящийся в состоянии, соответствующем точке А на диаграмме, перевести в пар, минуя жидкое состояние? Ответ поясните.
Испарение, конденсация, кипение
- Задание №18№18
Можно ли, используя флотацию, сделать так, чтобы пустая порода всплывала вверх, а крупицы руды оседали на дно? Ответ поясните.
Смачивание и капиллярные явления
- Задание №18№18
На рисунке представлены экспериментальные данные о выбросах оксида углерода и смертности от болезней сердца и органов дыхания в течение нескольких лет…
Явления в природе
- Задание №18№18
Молнии могут проходить в самих облаках (внутриоблачные молнии), а могут ударять в землю (наземные молнии). В случае механизма электризации, описанного…
Постоянный ток. Сила тока. Напряжение
- Задание №18№18
На рисунке представлены процессы нагревания с переходом в жидкое состояние для четырёх веществ, первоначально находившихся в твёрдом состоянии. Какой…
Основные положения МКТ
Опыт Кавендиша часто называют опытом по взвешиванию Земли. О чём идёт речь?Ответ поясните.
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 её масса. И для всех расчётов 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 учёного Генри Кавендиша с крутильными весами, поставленный в конце XVIII в.
Установка, которую использовал Г. Кавендиш, представляла собой деревянное коромысло с прикреплёнными к его концам небольшими однородными свинцовыми шарами массой по 775 г каждый. Коромысло было подвешено на нити из посеребрённой меди длиной 1 м. К шарам подносили более тяжёлые 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 изпериода свободных колебаний коромысла. В начале XIX в. учёные, 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.
|
|
Рисунок 1. Конструкция прибора Кавендиша | Рисунок 2. Схема взаимодействия шаров в опыте Кавендиша |
Решение
Решение.
Выражение «взвешивание Земли» применительно к опыту Генри Кавендиша означает возможность впервые вычислить массу Земли на основе полученных экспериментальных данных. Логика этого процесса заключается в следующем:
1. Определение гравитационной постоянной. В ходе опыта с крутильными весами Кавендиш измерил крайне малую силу притяжения между свинцовыми шарами известной массы, находящимися на известном расстоянии друг от друга. Используя закон всемирного тяготения:
F=G⋅r2m1⋅m2,
учёные смогли вычислить значение гравитационной постоянной G.
2. Связь с массой Земли. Сила тяжести, действующая на любое тело массой m у поверхности Земли, также описывается законом всемирного тяготения:
m⋅g=G⋅RZ2m⋅MZ,
где g — ускорение свободного падения, MZ — масса Земли, а RZ — радиус Земли.
3. Вывод массы. Из этой формулы можно выразить массу Земли:
MZ=Gg⋅RZ2.
До опыта Кавендиша значения g и RZ уже были известны с хорошей точностью, но отсутствие значения G не позволяло найти MZ. Как только Кавендиш измерил G, расчёт массы Земли стал простым арифметическим действием. Именно поэтому его опыт образно называют «взвешиванием Земли».
Ответ: Опыт Кавендиша позволил определить значение гравитационной постоянной G. Зная G, ускорение свободного падения g и радиус Земли RZ, стало возможным впервые вычислить массу Земли MZ.
Источник: ФИПИ