ПОЧЕМУ ЛУНА НЕ ПАДАЕТ НА ЗЕМЛЮ
11 февраля 2022, 16:24
ВЫШЕЛ В СВЕТ УЧЕБНИК «МЕХАНИКА БЕЗ КОЛЕБАНИЙ», НАПИСАННЫЙ НА ОСНОВЕ СОБСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕКОГО ОПЫТА ДИРЕКТОРОМ ЛИЦЕЯ «ФТШ» МИХАИЛОМ ИВАНОВЫМ
Тот факт, что количество учебников по механике исчисляется в мире уже даже не сотнями, а тысячами, не помешал заслуженному учителю России Михаилу Иванову предложить ученикам и коллегам еще один педагогический труд на эту тему. Из печати вышла его книга «Механика без колебаний», плод нескольких десятилетий его учительства.
Актуальность этого учебника Михаил Георгиевич обозначил уже в названии: «без колебаний». Иными словами: «решено!». А второй смысл этой фразы объясняется в предисловии: «В книге рассматриваются основные разделы классической механики, не включая колебания».
— МИХАИЛ ГЕОРГИЕВИЧ, ЧЕМ ВАШ УЧЕБНИК ПО МЕХАНИКЕ ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ МНОГИХ ДРУГИХ? НЕ БЫЛО ЛИ У ВАС СОМНЕНИЙ: А СТОИТ ЛИ ВЫПУСКАТЬ ТАКУЮ КНИГУ?
— Смею утверждать, что я хорошо знаю учебную литературу, слежу за ней уже полсотни лет.
И мне показалось, что у меня есть своя ниша для того, чтобы мне поделиться опытом. Внутренне я утвердился в том, что такая книга может быть полезной для школьников старших классов, их учителей и, возможно, для студентов младших курсов — и эта адресность указана в названии. Это мой педагогический опыт, который я копил много десятилетий, проверял его на учениках… Было бы обидно, если бы это ушло вместе со мной. И потом я стараюсь следовать очень важному принципу: что не записано, того не было.
— КАКИЕ ЖЕ ВАЖНЫЕ МОМЕНТЫ ВЫ ПОЛОЖИЛИ В ОСНОВУ КНИГИ?
— Понятно, что классическую механику любой учитель в каком-то смысле знает. Задачи по-разному, но, в общем, умеют решать. Но я выделил моменты, которые, как мне представляется, очень важны, но обычно на них не обращают внимания. Номер один это — язык. В конце концов, почему учебники переводятся с одного языка на другой? Потому что язык в оригинале непонятный. Наиболее типичный минус любого учебника это его специфический учебный язык.
— ТУТ, ВИДИМО, ЕЩЕ ОЧЕНЬ ВАЖНО УЧИТЫВАТЬ ХАРАКТЕР ВОСПРИЯТИЯ СОВРЕМЕННОГО МОЛОДОГО ЧЕЛОВЕКА?
— Да, это существенный момент. И в этом смысле, думаю, мой учебник можно назвать современным. Вот произошла, к примеру, такая эволюционная штука, эффект, когда следующее поколение учеников меньше времени может пристально следить за тем, что учитель объясняет. Этот период я для себя определял, как примерно минут 25. А дальше ты — учитель — можешь гениальные вещи излагать, но это уже не воспринимается.
После 25-ти минут ты можешь на голову встать, и это будет лучше воспринято, чем еще один параграф с очень тонким ходом мысли. Вот почему номер один для меня — это разговорный характер изложения. Я очень надеюсь, что в большинстве случаев у читающего книгу человека — школьника или учителя — будет создаваться впечатление, что он слышит аудиозапись, что как будто я с ним разговариваю. Тут есть, возможно, что-то от сократовского метода обучения, когда учитель что-то говорит, а потом, если не следует вопроса со стороны ученика, он (учитель) сам задает вопрос ученикам: а, собственно говоря, почему, на каком основании? И здесь, в моей Механике, примерно, сколько же вопросов по ходу изложения, сколько страниц. Ну и ответов, разумеется. По мере того, как ты проходишь этот учебник, для тебя то и дело возникают своеобразные разборки, какие-то спотыкания на чем-то казалось бы, гладком, и во всем этом есть смысл, потому что именно в этот момент происходит настоящее понимание.
— В УЧЕБНИКЕ МНОГО РИСУНКОВ.
ЭТО ВАША ГРАФИКА?
— Мои рисунки — самые элементарные, все более сложное выполнял художник по предложенным мной идеям. Мне кажется, что зрительный способ восприятия очень важен. Где-то там я даже сформулировал «физическое правило»: Геометрия важнее алгебры! Ну, это требует расшифровки.
— ЧТО ЕЩЕ ВЫ МОГЛИ БЫ ОТНЕСТИ К ОСОБЕННОСТЯМ ЭТОГО УЧЕБНИКА?
— Каждая глава здесь начинается с Плана этой главы и заканчивается Основными Результатами. Такое структурирование внушает простую старинную общую мысль: начиная какое-то дело, надо составить план. Почему-то этого нет в школе как системы.
— ТЕ ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ВЫ В УЧЕБНИК ВКЛЮЧИЛИ, ОНИ АВТОРСКИЕ?
— Конечно, авторские. Но, в основном, — не мои.
— ПО КАКОМУ ПРИНЦИПУ ОНИ ОТОБИРАЛИСЬ ДЛЯ УЧЕБНИКА?
— В основе такого отбора лежит опыт. Я раз шесть прокрутил этот курс на ребятах из 239-й школы, а потом еще примерно столько же в ФТШ. И была, естественно, обратная связь, я смотрел: что проходит, что плохо ложится в голову, без чего можно обойтись… Наконец, у меня осталась стопка собственных конспектов разных лет.
Иногда удавалось из этих конспектов делать что-то вроде рабочего дневника, вносить комментарии. Были случаи, когда кто-то из учеников предлагал неожиданный способ решения. Я его вносил. В учебнике есть такие примеры.
— ВАШ УЧЕБНИК ПОЯВИЛСЯ В ЛИЦЕЕ… КАК ОН МОЖЕТ БЫТЬ ВОСТРЕБОВАН ПРАКТИЧЕСКИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРЕДМЕТА? ЭТО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ПОСОБИЕ?…
— Нет, я думаю, это не дополнительное пособие, а основной учебник. Механика на сегодняшний день — это у нас в Лицее — 9-й класс. И целый год эта книжка может работать.
— У ВАС В ЛИЦЕЕ — СИЛЬНЫЕ ФИЗИКИ?
— Да, с какого-то момента в целом — сильнейшие в городе.
— НАВЕРНЯКА, У КАЖДОГО ИЗ НИХ ЕСТЬ СВОЙ ПОДХОД К ЛЮБОМУ КУРСУ, В ТОМ ЧИСЛЕ И К МЕХАНИКЕ. ВЫ ПОЛАГАЕТЕ, ЧТО ВАШИ КОЛЛЕГИ, КОТОРЫЕ ЗДЕСЬ ВЕДУТ ЭТОТ ПРЕДМЕТ, ВОСПОЛЬЗУЮТСЯ ВАШИМ УЧЕБНИКОМ?
— Я надеюсь. Разумеется, я презентовал эту книжку каждому из коллег, независимо от того, ведет ли он курс механики в 9-м классе или нет.
— В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ НАД КНИГОЙ БЫЛ ЛИ ДЛЯ ВАС КАКОЙ-ТО ОРИЕНТИР В СТИЛЕВОМ ОТНОШЕНИИ?
— Стилистически моя книга явно тяготеет к Фейнмановским лекциям по физике. В истории есть не так много примеров, когда в письменном виде излагались магнито- , аудио-, видеозаписи, фонограммы лекций или, тем более, уроков… Классический тому пример — широко известные Фейнмановские лекции по физике. Ричард Фейнман — сам по себе был человеком уникальным. Когда его попросили прочитать курс лекций по физике для первокурсников Калифорнийского технологического института, он сказал, что писать конспекта не будет, но согласился на вариант, когда он будет читать лекции, их запишут на магнитофон (это было в 1963 году) и потом издадут в виде книги.
Вот видите — у меня на полке стоит потертый красный том этих лекций на английском языке. Удивительно, что почти 60 лет прошло — для учебника это очень немало, но он до сих пор востребован. Миллион экземпляров только на русском языке!
— ЕСТЬ ЛИ ПЕРСПЕКТИВА ПЕРЕВОДА ВАШЕГО УЧЕБНИКА НА АНГЛИЙСКИЙ?
— Есть.
.. Когда-то, когда я на семинаре в США сделал доклад об идее книги «Физика как способ размышлять», они на «ура» приняли эту идею и даже пару глав перевели сходу. Но, как часто бывает, в этом фонде деньги кончились, а потом осложнились взаимоотношения наших стран. Американцы проявляют большой интерес к нашему опыту. В 1992 году в Нью-Йорке, в Колумбийском университете, я участвовал в конференции на тему «Русские методы в преподавании математики». И они очень серьезно слушали наши доклады. Сидели, записывали, обсуждали, думали, где бы деньги достать. Американцы по своей ментальности очень склонны к каким-то экспериментам, иногда, правда, неудачным, в том числе и в образовании. Но иначе так и будешь всю жизнь сидеть на одном и том же месте.
— НАСКОЛЬКО МНЕ ИЗВЕСТНО, «МЕХАНИКА БЕЗ КОЛЕБАНИЙ» — ВАШ ПЕРВЫЙ ОПЫТ В НАПИСАНИИ УЧЕБНИКА. ЕСТЬ ЛИ ПЛАНЫ ПРОДОЛЖИТЬ РАБОТУ В ЭТОМ НАПРАВЛЕНИИ?
— Хочу еще один учебник сделать из своего учительского архива, публикаций, заготовок, которые у меня есть.
Он будет касаться Электродинамики. Рабочее название — «Электричество + Магнетизм». Ну, посмотрим…
Беседу вел Олег Сердобольский
Фото Юрия Белинского—0—
Р.S. После разговора с Михаилом Георгиевичем открыл без колебаний, наугад, «свою» Механику и на 110-й странице прочитал такую миниатюру:
«Почему Луна не падает на Землю.
Луна падает, но не может упасть. И вот почему. Движение Луны вокруг Земли является результатом компромисса между двумя «желаниями» Луны: двигаться по инерции — по прямой (из-за наличия скорости и массы). Можно сказать так: всемирный закон тяготения «призывает» Луну упасть на Землю, но закон инерции Галилея «уговаривает» ее вообще не обращать на Землю внимания. В результате получается нечто среднее — орбитальное движение: постоянное, без окончания, падение».
Интересно!—0—
Почему Луна не падает на Землю?
Глядя на Луну, многие дети задаются вопросом: как она остается на своем месте и почему не падает на Землю? Вопрос вполне логичен, ведь искусственные спутники, которые запускает человек, действительно падают, но у естественного спутника нашей планеты есть простой секрет.
Что мешает Луне упасть на нас
На Луну действует сила притяжения – гравитационное поле Земли. Из-за этой же силы мы не парим в невесомости, а ходим по земле. Гравитация могла бы притянуть к себе Луну, но этого не происходит, потому что она движется вокруг Земли по орбите. В процессе такого движения возникает другая сила – центробежная, которая отталкивает ночное светило от нашей планеты.
Вспомните об аттракционах в луна-парке, которые движутся по кругу. Сможете ли вы переместиться к центру карусели, пока она вращается? Не получится: вас будет очень сильно отталкивать от него, будто кто-то давит вам в грудь или вас сносит мощным ветром. То же самое происходит с Луной, когда она движется вокруг Земли.
Что произойдет, если толкать мяч одновременно в две противоположные стороны? Он останется на месте. Точно так же равновесие сил, притягивающих и отталкивающих Луну, позволяет ей миллионы лет не сходить со своей дорожки, по которой она бежит вокруг планеты.
Почему Луна не упадет на Солнце
Луна – самый близкий к Солнцу спутник, и у главной звезды нашей галактики тоже есть мощная сила, которая может притянуть его, — это магнитное поле Солнца. Оно в несколько раз сильнее (по сравнению с полем Земли) тянет к себе Луну.
Но и на этот горящий шар Луна не упадет по той же причине. Она вращается не только вокруг Земли: вместе с Землей спутник движется вокруг Солнца, и между ними возникает центробежная сила. Она отталкивает Луну от Солнца и компенсирует его притяжение.
Из-за этого на Солнце не упадут другие планеты нашей Солнечной системы и их спутники — они тоже вращаются, а поэтому одновременно притягиваются и отталкиваются. Если бы движение остановилось, они бы могли упасть, но миллиарды лет этот космический механизм работает без сбоев.
Почему на Землю падают спутники, созданные человеком
Маленькие «луны», которые запускаются в космос человеческими руками, должны вращаться вокруг Земли с определенной скоростью и на определенном расстоянии, чтобы оставаться на своей орбите.
Если скорость будет большей, их вырвет из гравитационного поля и унесет во Вселенную, а если меньшей – они сойдут с орбиты и упадут.
В космосе есть множество факторов, которые могут замедлить спутник: вещества из атмосферы Земли, которые встречаются даже на большой высоте, солнечный ветер – частицы, которые Солнце выпускает в космос, гравитация Земли и других небесных тел нашей галактики. Кроме того, при создании спутников ученые иногда допускают ошибки и честно признают, что не знают, почему их космические аппараты падают.
Но как бы то ни было со спутниками, созданными человеком, в Луне можно быть уверенным: она точно не упадет на Землю.
ESA — Космос для детей
ГРУ
Доступ к изображению
Что будет, если честолюбивый злодей, староват и глухой ученый и группа неуклюжих и злобных помощников отважатся на конструирование ракет и антигравитационного оружия? Вы можете узнать об этом в мультфильме «Гадкий я» в формате 3D от Universal Pictures, который выходит в кинотеатрах 15 октября.
В фильме наши странные герои борются с Луной, ее массой и силой притяжения.
Итак, давайте просто поговорим об этих ключевых концепциях, чтобы лучше понять, что происходит в фильме. Вы когда-нибудь видели, как с дерева падает фрукт или предмет? А вы когда-нибудь пробовали бросить камень и смотреть, как он падает? Эта сила, которая «обрушивает» предметы, называется силой гравитации.
ГРУ
Доступ к изображению
Нас постоянно притягивает к Земле ее гравитационная сила, поэтому мы всегда стоим на земле. Однако нам не нужно находиться в прямом контакте с Землей, чтобы она нас привлекала; достаточно быть не слишком далеко, чтобы действовали те же самые силы. Вот почему наша собственная планета вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли.
Сила гравитации определяется массой объекта. Гравитационная сила между двумя объектами пропорциональна массе объектов и очень быстро уменьшается в тот момент, когда мы их разделяем. На самом деле мы также притягиваем объекты «нашей» силой гравитации, но мы слишком легкие, чтобы увидеть эффект! Однако Солнце настолько велико, что способно держать нас близко, даже когда оно так далеко.
Луна также проявляет свою силу гравитации; поскольку он меньше и легче Земли, если бы мы могли взвешиваться на нем, мы бы обнаружили, что весим около одной шестой нашего веса на Земле.
Доступ к изображению
Можно было бы спросить, почему Луна не падает на Землю, как яблоко с дерева. Причина в том, что Луна никогда не бывает неподвижной. Он постоянно движется вокруг нас. Без силы притяжения Земли он просто уплыл бы в космос. Это сочетание скорости и расстояния от Земли позволяет Луне всегда находиться в равновесии между падением и бегством. Если бы он был быстрее, то убежал бы; еще медленнее, и он упадет!
Мы сказали, что сила тяжести тоже зависит от расстояния. Если бы мы достаточно дистанцировались, мы могли бы вырваться из его хватки. Это то, что мы пытаемся сделать с космическим кораблем. Нам нужно достичь и превысить так называемую «скорость убегания», то есть около 11,2 км/с (при такой скорости мы сможем добраться из Лондона в Нью-Йорк всего за десять минут!).
Как только шаттл достигает этой скорости, он может свободно путешествовать по Солнечной системе.
Миньоны
Доступ к изображению
Внутри орбитального шаттла мы не чувствуем силы притяжения Земли. Предметы не падают, они плавают; если вы подпрыгнете, вы не вернетесь вниз. То же самое происходит и с астронавтами, когда они находятся на космических станциях, вращающихся вокруг Земли.
В «Гадком я» вы увидите летящие ракеты и эффекты гравитации на Луне. У Грю есть группа помощников по имени Миньоны, которые помогут ему в его стремлении украсть Луну и стать самым известным злодеем в мире. Надеемся, вам понравится фильм!
Последнее изменение 01 октября 2010 г.
Почему Луна не врезается в Землю?
Сила толкания перпендикулярна скорости объекта. Позвольте мне назвать это «боковой» силой.
Если это просто боковая сила, то объект не ускоряется и не замедляется. Просто поворачивается. Конечно, чтобы приложить непрерывную боковую силу, сила должна указывать в другом направлении, когда объект поворачивается, иначе он все еще не будет «боковым».
Вот пример. Возьмите мяч на конце веревки или, может быть, йо-йо, так как веревка уже прикреплена. Качайте мяч по кругу. Почему он движется таким образом? Нить натягивает мяч. Но поскольку струна может тянуть только в направлении струны (вы не можете толкать струной), на мяч действует боковая сила, и он меняет направление.
Может ли сила одновременно быть направленной вбок и в направлении скорости? Да. В этом случае объект одновременно ускорится и изменит направление.
Назад на Луну
Уверен, вы заметили, что я так и не ответил на вопрос. Почему Луна не падает на Землю? Возможно, я дал вам достаточно информации о силах, чтобы вы могли сами ответить на вопрос. Или, может быть, нет. Вот схема системы Земля-Луна.
О. Тебе не нравится эта схема. Я знаю почему — потому что он нарисован в масштабе. Да, Луна действительно так далеко от Земли. Вы никогда не увидите это таким образом в учебниках, потому что это слишком сложно увидеть.
Вот Земля-Луна с Луной только на 1/5 -го -го расстояния, которое должно быть (но правильный относительный размер).
Здесь красная стрелка представляет силу гравитации на Луне. Если бы Луна двигалась по идеальному кругу, гравитационная сила всегда была бы «боковой» и просто заставляла бы ее менять свое направление.
Но подождите! Есть еще кое-что. Угадай, что? Луна притягивает Землю с той же силой, что и Земля притягивает Луну, поскольку это одно и то же взаимодействие. Но разве это не заставит Землю двигаться по кругу? Ага. По сути, это так. Единственное, масса Земли в 81 раз больше массы Луны. Это означает, что хотя он движется по кругу, он движется по гораздо меньшему кругу. Круг, по которому движется Земля, настолько мал, что центр этого круга находится внутри Земли. Круто, не так ли?
Настоящая Луна
Я сказал, что гравитационная сила на Луне была бы «боковой», если бы Луна двигалась по идеальному кругу, но это не так. Позвольте мне нарисовать преувеличенную схему системы Земля-Луна с некруговой орбитой.