אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

א. הצעה לסדר הוראה:

1. על סמך חוקי קפלר, ובהנחה שמסלולי כוכבי הלכת הם מעגליים בקירוב, מראים כי:
   • על כל כוכב לכת פועל כוח.
   • כיווּן הכוח הוא כלפי השמש.
   • גודל הכוח: (k- קבוע הפרופורציה המופיע בחוק השלישי של קפלר).
2. מעלים השערה הנסמכת על המסקנות הרשומות ב-(1) לעיל, כי הכוח המאיץ את כוכבי הלכת מופעל על ידי השמש; מייצג את יכולתה להפעיל כוחות על כוכבי הלכת.
3. בהסתמך על החוק השלישי של ניוטון לגבי האינטראקציה בין השמש לכוכב לכת, מסיקים כי ניתן להציג: .
4. הכוחות שהארץ מפעילה על הירח ועל גוף הנמצא על פני הארץ, נמצאים ביחס הפוך למרחקי הגופים ממרכז הארץ. תכונה זו מאפיינת גם את מערכתהארץ.
5. מכלילים את הביטוי לכל שני גופים נקודתיים (חוק הכבידה של ניוטון).
6. מציינים את המסקנה המתמטית (ללא הוכחה) כי הביטוי לכוח תקף גם לכדורים בעלי צפיפות אחידה, כאשר rמסמל את המרחק בין מרכזי שני כדורים. רצוי להסביר, ברמה העקרונית, את שיטת החישוב של כוח המשיכה בין שני גופים בעלי צורות כלשהן. (לא נדרש לחשב אינטגרלים הלכה למעשה.)

ב.יש להדגיש כי ניסוי קבנדיש (כ-130 שנה לאחר ניסוח חוק הכבידה), היה האישור הניסיוני הראשון להשערות של ניוטון כי :

1. קיימת אינטראקציה כבידתית גם בין גופים בעלי ממדים מעבדתיים.
2. הביטוי המתמטי לכוח הכבידה תקף גם לגבי גופים בעלי ממדים מעבדתיים.

ג. כהצלחות של תאוריית הכבידה יש לתאר:

1. את גילויו של כוכב הלכת נפטון תחילה "על הנייר", ורק אחר-כך בשמים.
2. את תופעת הגיאות והשפל. יש לתאר את התופעה ואת מחזוריותה ולציין כי ניתן לה הסבר מלא במסגרת תאוריית הכבידה.
3. קיומם של לוויינים מלאכותיים.

ד. ניתן להסתפק ביישום החוק השני של ניוטון לגבי לוויינים הנעים במסלולים מעגליים. עם זאת, יש לציין כי אם מהירותו של לוויין כזה משתנה (למשל כתוצאה מכך שהוא עובר דרך ענן קוסמי), מסלולו יהיה אליפטי (ולא מעגלי עם רדיוס אחר, כפי שתלמידים נוטים לחשוב).

אף על פי שהטיפול המתמטי נעשה רק לגבי מסלולים מעגליים, יש להציג את התמונה הבאה לגבי מערכת סגורה של שני גופים שיש ביניהם אינטראקציה כבידתית: כל אחד משני הגופים נע במסלול אליפטי (סביב מרכז המסה המשותף). כאשר מסתו של אחד הגופים גדולה מאוד ביחס למסתו של הגוף האחר - הוא כמעט אינו נע, והגוף האחר נע במסלול אליפטי. בתנאים מיוחדים,מסלולו הוא מעגלי.

ה.מומלץ שתלמידים יבנו בגיליון אלקטרוני הדמיה של תנועת לוויין ויחקרו את התנועה.

ו. מומלץ לסכם את הוראת הנושא "חוק הכבידה" בפירוט סעיפים אלה:

1. העובדות התצפיתיות והניסיוניות שהיו ידועות לפני תאוריית הכבידה.
2. תאוריית הכבידה והסבריה לעובדות הידועות.
3. הניבוי של תאוריית הכבידה.

יש לציין כי בצד הצלחותיה המרשימות של תיאוריית הכבידה, היא אינה יכולה להסביר את מסלול תנועתו של כוכב חמה. (לכוכב זה סטייה קטנה מן המסלול המחושב בעזרת חוק הכבידה.) הסבר לכך ניתן במסגרת תורת היחסות הכללית.

_________________________________________________________
תכנית הלימודים פיזיקה ל-5 יח"ל תשס"ח, האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים,
עמודים 85-87 מתוך 267 עמודים.
_________________________________________________________