Внеклассное мероприятие по физике «История открытия закона всемирного тяготения»

Автор: Либенко Валентина Валентиновна

Организация: ЧОУ Российская христианская гимназия

Населенный пункт: Тульская область, г. Тула

Форма проведения: театральная постановка.

Ведущий: Книга пророка Исайи 45: 12 «Я создал Землю и сотворил на ней человека; Я – Мои руки распростерли небеса, и всему воинству их дал закон Я».

Как люди пришли к познанию Божьего закона управления Вселенной? Интересна история открытия закона всемирного тяготения. Сплетение судеб двух великих ученых Исаака Ньютона и Роберта Гука, так не похожих друг на друга, но изучавших одну и ту же  проблему.

Действие 1

Сцена разделена на две части (кабинет Ньютона и кабинет Гука).

Ньютон: Что заставляет Луну, проходя полный круг всегда за двадцать семь целых и одну восьмую дня? Кеплер предполагал, что здесь действует закон квадратной пропорциональности и что Солнце и планеты каким-то образом притягиваются. С точки зрения центробежной силы она должна была бы улететь от Земли, но Земля ее притягивает (пишет). И Луна и выпушенный из пушки снаряд стремятся двигаться по прямой. Так почему они не улетает в космос, как слетает грязь с быстро вращающегося колеса? Луна движется так, как если бы Земля притягивала ее с силой, составляющей 1/3600 от той силы, с которой Земля притягивает предметы, находящиеся у ее поверхности. Но ведь  Луна в 60 раз дальше от Земли, чем предметы,  расположенные у поверхности, значит, коэффициент 1/3600 можно считать постоянным (так называемая гравитационная постоянная).

Роберт Гук: Не смотря на то, что меня избрали секретарем Королевского общества, я по-прежнему занимаюсь изучением планетарных орбит. Это вопрос весьма важен. Поэтому я отправил письмо Ньютону, в котором написал: « Господин Ньютон сердечно приглашаю вас возобновить связи с Королевским обществом и принять участие в обмене научной информацией между ее членами. Прошу Вас ступить в личную переписку по интересующим обоих вопросам. Буду особенно благодарен, если Вы выскажите мне свое мнение относительно движения планет – прямолинейного движения по касательной и движения, которое обусловлено притяжениям к телу, находящемуся в центре их орбиты».

Ньютон: Роберт Гук прислал мне письмо, а с ним и свою работу под названием  «Попытка доказать движение Земли посредством наблюдений». (Читает письмо.  На экране  демонстрация слайдов небесных тел под музыку).

Его интуиция и смелость мысли очевидны – он выдвинул новую «систему мира», приняв за основу три основных предположения: 1) Все небесные тела обладают силой притяжения, направленной в их центру; 2) Все тела, начавшие простое прямолинейное движение, движутся по прямой, пока не встретят противодействия посторонней силы; 3) Сила притяжения тем больше, чем ближе друг к другу находятся центры тел. Но степень притяжения ему не удалось экспериментально выяснить. (Пишет).  Я пошлю Гуку описание эксперимента.

Роберт Гук: (читает письмо) Ньютон пишет, если сбросить тело с большой высоты. То под влиянием движения Земли оно отклонится от вертикальной линии и будет падать винтообразно. Условия его эксперимента обязательно зачитаем на собрании Королевского общества.

Ньютон: Вчера на собрании Королевского общества Гук нашел ошибку, что движение будет не винтообразное, а эллиптическое. Как же так ведь он обещал, что, если в будущем возникнет какой-то конфликт, он будет урегулирован приватно. (Пауза) Да я сам виноват. Моя излишняя поспешность. (Пишет).

Роберт Гук: (читает письмо) Ньютон в своем письме показывает, движение тела не будет строго эллиптическим, а  скорее, «эллиптически - винтовым», т.е. тело опишет каноническое сечение. Интересно, это надо проверить.

Ньютон: Письмо от Гука. Посмотрим, что в нем. «Ваши расчеты кривой, которую опишет тело под действием силы притяжения, правильны…, но я полагаю. Что сила притяжения всегда обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами притягивающихся тел.»

Слайды.

Ньютон: Гук исправил мою ошибку относительно винтового движения тел. Это помогло мне открыть теорему, которая позволила постичь свойства эллипса. На основании закона квадратной пропорции рассчитать форму траектории  планет. Эллиптическая форма орбиты соответствует всем расчетам.

Действие 2

Сцена разделена на две части (кабинет Ньютона и кофейня).

Кристофер Рэн (астроном), Роберт Гук, Эдмунд Галлей (молодой астроном) пьют кофе.

Роберт Гук: Господа. Разрешите мне представить вас друг другу. Кристофер Рэн (известный архитектор и астроном) и Эдмунд Галлей (молодой астроном).  Продолжим наш разговор за чашкой кофе.

Эдмунд Галлей: Меня очень интересует движение небесных тел.

Кристофер Рэн: Как вы думаете, господа, можно ли вывести кеплеровские законы движения планет из принципов динамики?

Роберт Гук: Можно доказать истинность всех законов движения небесных тел на основании закона квадратной пропорции и я это сделаю, как только придет время.

Кристофер Рэн: Предлагаю вознаграждение всякому, кто в течение двух месяцев ответит на вопрос: какова будет форма орбиты планеты исходя из закона квадратной пропорции.

Действие 3

Кабинет Ньютона.

Эдмунд Галлей: (идет) Прошло уже почти 8 месяцев. Многие ученые бьются над вопросом какова форма орбиты планеты. Но никто, даже Гук не дал ответ. Отправлюсь в Кембридж и предложу этот вопрос Ньютону.

Ньютон: (обращается к Галлею). Я давно рассчитал форму орбиты, - это эллипс. (Дает рукопись)

Эдмунд Галлей: Невероятно трактат на 9 страницах «О движении тел по орбите». Это революция в небесной механике. Разрешите представить вашу работу на заседании Королевского общества и потом опубликовать.

Ньютон: Нет,  нет, не стоит.

Эдмунд Галлей: Ваше открытие очень важно, и оно будет тепло встречено в научных кругах. Уверяю вас.

Ньютон: Хорошо. Я пересмотрю рукопись и пришлю ее вам.

(Галлей уходит)

Действие 4

Кабинет Ньютона.

Ньютон: Визит Галлея заставил меня сесть за расчеты. Библия говорит «… Он распростер север над пустотой и повесил землю ни на чем». В книге пророка Исайи  45: 12 «Я создал Землю и сотворил на ней человека; Я – Мои руки распростерли небеса, и всему воинству их дал закон Я». Я хочу докопаться до самой сути, прежде чем опубликовать свои исследования.

Эдмунд Галлей: Ньютон полностью изолировал себя от общества. Уже полтора года, как он целиком погрузился в мир гипотез и теорем, математических проблем и их доказательств.

Музыка и слайды с математическими формулами.

Ньютон: Наконец-то удалось доказать гипотезу,  выдвинутую мною 20 лет назад. Сила взаимного притяжения материальных точек с массами m₁ и m_2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна F=G m₁m₂/r² , где G- гравитационная постоянная. Иначе говоря, каждая частица во Вселенной притягивается к каждой другой частице с силой пропорциональной произведению из масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Действие 5

Кристофер Рэн (астроном), Роберт Гук, Эдмунд Галлей ( молодой астроном) вместе стоят.

Кристофер Рэн: Это революция. Это революция в научном мире. Все только и говорят о Ньютоне.

Роберт Гук: (в руках 3-хтомник) Наконец-то его трех томный труд под названием «Начала» напечатан и вышел в свет.

Эдмунд Галлей: (в руках 3-хтомник) Посмотрите, что Ньютон  пишет в конце своей книги: «Прекрасная система, состоящая из Солнца, планет и комет, могла появиться лишь благодаря мудрости и усилиям разумного и всесильного Существа… Это Существо управляет всем – не как душа мира, а как Господь мира. И во владениях Своих Он избрал Себе имя Господь Бог».

Действие 6

Кабинет Ньютона.

Ньютон: Уж не знаю, кем я кажусь миру, но себе самому я кажусь всего лишь мальчишкой, играющим на морском берегу: время от времени я нахожу красивый камушек или необыкновенную раковину. А океан истины так и лежит передо мной – непознанный.

Список литературы:

1. Хаммэль Ч.  Дело Галилея [Текст] / Чарльз Хаммэль – М.: Триада, 2001. – 360 с.

Опубликовано: 17.09.2016