Статията говори за това защо Луната не пада върху Земята, причините за нейното движение около Земята и някои други аспекти на нашата небесна механика слънчева система.

Началото на космическата ера

Естественият спътник на нашата планета винаги е привличал вниманието. В древни времена Луната е била обект на култ на някои религии и с изобретяването на примитивните телескопи първите астрономи не са могли да се откъснат от съзерцаването на величествените кратери.

Малко по-късно, с открития в други области на астрономията, стана ясно, че не само нашата планета, но и редица други имат такъв небесен спътник. А Юпитер има цели 67 от тях! Но нашият е лидер по големина в цялата система. Но защо Луната не пада на Земята? Каква е причината за движението му по същата орбита? Ето за това ще говорим.

Небесна механика

Първо, трябва да разберете какво е орбитално движение и защо се случва. Според определението, използвано от физици и астрономи, орбита е движението на друг, значително по-голям по маса обект. Дълго време се смяташе, че орбитите на планетите и спътниците са кръгли като най-естествени и съвършени, но Кеплер, след неуспешни опити да приложи тази теория към движението на Марс, я отхвърли.

Както знаете от курс по физика, всеки два обекта изпитват взаимна така наречена гравитация. Същите сили влияят върху нашата планета и Луната. Но ако се привличат, тогава защо Луната не пада на Земята, както би било най-логично?

Работата е там, че Земята не стои неподвижна, а се движи около Слънцето в елипса, сякаш постоянно „бяга“ от своя спътник. А той от своя страна има инерционна скорост, поради което се движи по елиптична орбита.

Най-простият пример, който може да обясни това явление, е топка на връв. Ако го завъртите, той ще задържи предмета в една или друга равнина, но ако забавите, това няма да е достатъчно и топката ще падне. Същите сили действат и Земята го влачи със себе си, не му позволява да стои неподвижно, а центробежната сила, развита в резултат на въртене, го задържа, не му позволява да се доближи до критично разстояние.

Ако дадем още по-просто обяснение на въпроса защо Луната не пада на Земята, то причината за това е равното взаимодействие на силите. Нашата планета привлича спътника, принуждавайки го да се върти, а центробежната сила сякаш го отблъсква.

слънце

Такива закони важат не само за нашата планета и сателит, всички останали също ги спазват.. Въобще гравитацията е много интересна тема. Движението на планетите наоколо често се сравнява с часовников механизъм, толкова е точно и прецизно. И най-важното е, че е изключително трудно да го счупите. Дори ако няколко планети бъдат премахнати от него, останалите много вероятно ще бъдат преустроени в нови орбити и колапс с падане върху централната звезда няма да настъпи.

Но ако нашата звезда има такъв колосален гравитационен ефект дори върху най-отдалечените обекти, тогава защо Луната не пада върху Слънцето? Разбира се, звездата е на много по-голямо разстояние от Земята, но нейната маса, и следователно гравитацията, е с порядък по-висока.

Работата е там, че неговият спътник също се движи в орбита около Слънцето, а последното засяга не Луната и Земята поотделно, а техния общ център на масата. А Луната е подложена на двойното влияние на гравитацията – звезди и планети, а след нея и центробежната сила, която ги балансира. В противен случай всички сателити и други обекти отдавна биха изгорели под жаркото слънце. Точно това е отговорът на честия въпрос защо Луната не пада.

Движение на Слънцето

Друг факт, който си струва да се спомене е, че Слънцето също се движи! А заедно с това и цялата ни система, въпреки че сме свикнали да вярваме, че космическото пространство е стабилно и непроменливо, с изключение на орбитите на планетите.

Ако погледнем по-глобално, в рамките на системите и целите им клъстери, можем да видим, че те също се движат по свои собствени траектории. В този случай Слънцето със своите „сателити" се върти около центъра на галактиката. Ако си представим тази картина отгоре, тя изглежда като спирала с много разклонения, които се наричат ​​галактически ръкави. Нашето Слънце, заедно с милиони други звезди, се движи в един от тези ръкави.

Падане

Но все пак, ако си зададете този въпрос и фантазирате? Какви условия са необходими, за да може Луната да се блъсне в Земята или да пътува към Слънцето?

Това може да се случи, ако сателитът спре да се върти около основния обект и центробежната сила изчезне или ако нещо значително промени орбитата му и добави скорост, например сблъсък с метеорит.

Е, той ще отиде до звездата, ако движението му около Земята бъде целенасочено по някакъв начин спряно и се даде първоначално ускорение към звездата. Но най-вероятно Луната просто постепенно ще се установи в нова извита орбита.

Нека обобщим: Луната не пада на Земята, защото освен привличането на нашата планета, върху нея действа и центробежна сила, която сякаш я отблъсква. В резултат на това тези две явления се балансират взаимно, спътникът не отлита и не се блъска в планетата.

Луната, естествен спътник на Земята, в процеса на своето движение в космоса се влияе основно от две тела - Земята и Слънцето. В същото време гравитацията на слънцето е два пъти по-силна от земната. Следователно и двете тела (Земята и Луната) се въртят около Слънцето, като са близо едно до друго.

При двукратно преобладаване на слънчевата гравитация над земната, кривата на движение на Луната трябва да бъде вдлъбната спрямо Слънцето във всичките му точки. Влиянието на близката Земя, която значително надвишава Луната по маса, води до факта, че кривината на лунната хелиоцентрична орбита периодично се променя.

Движението на Земята и Луната в космоса и изменението на взаимното им положение спрямо Слънцето са показани на диаграмата.

Въртейки се около Земята, Луната се движи по орбита със скорост 1 км/сек, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети” в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята. Отговаряйки директно на автора на въпроса, можем да кажем, че Луната ще падне на Земята само ако не се движи по орбита, т.е. ако външни сили (някаква космическа ръка) спрат Луната в нейната орбита, тя естествено ще падне на Земята. Това обаче ще освободи толкова много енергия, че да говорим за падане на Луната върху Земята е като твърдоняма нужда да.

А също и от движението на Луната.

За по-голяма яснота моделът на движението на Луната в космоса е опростен. В същото време няма да загубим математическа и небесно-механична строгост, ако, като вземем за основа по-прост вариант, не забравяме да вземем предвид влиянието на множество фактори, нарушаващи движението.

Ако приемем, че Земята е неподвижна, можем да си представим Луната като спътник на нашата планета, чието движение се подчинява на законите на Кеплер и се извършва по елиптична орбита.Според подобна схема средната стойност на ексцентрицитета на лунната орбита е e = 0, 055. Голямата полуос на тази елипса е равна по величина на средното разстояние, т. е. 384 400 km В апогея, на най-голямото разстояние, това разстояние нараства до 405 500 km, а в перигея (на най-късото разстояние) е 363 300 km. Равнината на лунната орбита е наклонена спрямо равнината на еклиптиката под определен ъгъл.

По-горе има диаграма, обясняваща геометричен смисълелементи от орбитата на Луната.

Елементите на орбитата на Луната описват средното, необезпокоявано движение на Луната,

Въпреки това влиянието на Слънцето и планетите кара орбитата на Луната да променя позицията си в пространството. Линията от възли се движи в равнината на еклиптиката в посока, обратна на орбиталното движение на Луната. Следователно стойността на географската дължина на възходящия възел непрекъснато се променя. Линията от възли завършва пълно завъртане за 18,6 години.

Отдел по образованието на администрацията на общинска област Кемерово

хрегионална научно-практическа конференция

"Светът на откритията"

раздел "География, геология »

Защо Луната не пада на Земята?

Изследователски проект

Семенов Лавр Юриевич,

Ученик от 1 клас "Б"

MBOU "Средно училище Ягуновская"

Ръководител:

Калистратова

Светлана Борисовна,

учител начални класове

MBOU "Средно училище Ягуновская"

2016

Съдържание

Въведение…………………………………………………………………………………………. 3

Глава 1. Луната като обект на изследване ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

1.1. Проучване на източници…………………………………………………………… 5

1.2. Лунни наблюдения...................................................................................... 7

Глава 2. Организация и резултати от изследването……………………………...9

Заключение…………………………………………………………………………………….. 13

Списък с препратки и Интернет ресурси……………………………………….. 14

Въведение

Много харесвам всичко свързано с космоса. Обичам да наблюдавам звездите и да откривам съзвездия, затова избрахме тази тема за изследване.

Кемеровският държавен университет има невероятно място - планетариум. Той е включен в списъка на планетариумите в Русия, от които има само 26, както и в списъка на планетариумите в света. "Основател" на нашия планетариум, учител, кандидат на физико-математическите науки от Кемерово Държавен университет, Кузма Петрович Мацуков разбира „звездните дела“ по-добре от всеки друг. Планетариумът е домакин на екскурзии, които разкриват мистериите на космоса, раждането на Вселената и звездите. Тук можете да видите снимка на истинско звездно небе! С помощта на проектора за звездно небе под купола на планетариума можем да видим около пет хиляди звезди, планети, слънцето и луната.

Някои планети имат много спътници, други нямат нито един. Решихме да разберем какво е сателит. Разбира се, ние се интересувахме от Луната, тъй като тя е спътник на нашата Земя.

След като попитаха Кузма Петрович защо Луната винаги виси в небето и не лети никъде, те разбраха, че Земята има невероятно свойство: Тя привлича всичко към себе си. Но Луната виси в небето и по някаква причина не пада на Земята. Защо? Нека се опитаме да намерим отговора на този въпрос.

Цел на изследването: разкрива защо Луната не пада на Земята.

Цели на изследването:

1. Проучете различни източници по този въпрос (енциклопедии, Интернет), посетете планетариума на Кемеровския държавен университет.

2. Разберете как се е образувала Луната, как Луната влияе на Земята, какво свързва Луната със Земята.

3. Проведете изследване и въз основа на получените данни разберете защо Луната не пада върху Земята.

Изследователска хипотеза: Има вероятност Луната да падне, ако се приближи до Земята. Но може би има нещо, което държи Луната и Земята на разстояние, така че Луната да не пада върху Земята.

Глава 1. Луната като обект на изследване

1.1 Проучване на източниците

Преди да потърсим отговора на въпроса „Какво всъщност е Луната?“, нека проведем кратко проучване сред възрастни (5 души) и деца (5 души) и да разберем колко дълбоки са познанията им в тази област.

2 души - дясно;

3 души - неправилно.

4 души - дясно;

1 човек - неправилно.

Гражданите на коя държава са стъпили първи на Луната? (американци)

0 души - дясно;

5 души - неправилно.

5 души - дясно;

0 души - неправилно.

Как се казваше самоходното превозно средство, което пътуваше по повърхността на Луната? ("Луноход")

3 души - дясно;

2 души - неправилно.

5 души - дясно;

0 души - неправилно.

Знаем, че Земята е магнит. Защо Луната, спътникът на Земята, не пада на Земята? (Върти се около Земята)

1 човек - дясно;

4 души - неправилно.

4 души - дясно;

1 човек - неправилно.

Откъде са дошли кратерите на Луната? (От сблъсъци с метеорити)

2 души - дясно;

3 души - неправилно.

5 души - дясно;

0 души - неправилно.

След като направихме проучване, разбрахме, че възрастните могат да отговарят на въпроси за Луната, но децата не могат. Затова продължихме нашето проучване.

Думата "луна" означава "ярка". В древността хората са смятали Луната за богиня – покровителка на нощта.

Луната е единственият естествен спътник на Земята. Вторият по яркост обект в земното небе след Слънцето.В момента астрономите с помощта на съвременни инструменти с лазерен лъч могат да определят разстоянието между Земята и Луната с точност до няколко сантиметра.Луната е отдалечена от Земята на разстояние 384 400 км. Пътуването до там пеша ще отнеме девет години!С кола ще трябва да отидем до Луната, без да спираме повече от шест месеца.

Лунното кълбо е много по-малко от земното: в диаметър - почти 4 пъти, а в обем - 49 пъти. От веществото на земното кълбо могат да се направят 81 топки, всяка от които би тежала колкото Луната.

Можем да видим само едната страна на Луната. Нещо като "малък" диск, чийто диаметър е 3480 км. Около половината от площта на цяла Русия.Периодът на въртене на Луната около оста си съвпада с периода на въртене на Земята, който е 28 дни и половина, така че Луната винаги е обърната към Земята с една страна.

Луната се върти около Земята не строго в кръг, а в сплескан кръг - елипса. И когато Луната се доближи до своя максимум, разстоянието между Земята и Луната намалява356 400 километра. Това минимално приближаване на Луната към Земята се наричаперигей . И максималното разстояние се наричаапогей и е равно на цяло число406 700 километра.

Няма атмосфера, така че хората не могат да дишат на Луната. Температура на повърхността от −169 °C до +122 °C.

В старите времена сивите петна по Луната се смятаха за морета. Вече е известно, че на Луната няма капка вода и няма въздушна обвивка - атмосфера. Лунните "морета" са дълбоки падини, покрити със сиви вулканични скали. Някои от лунните кратери са се образували, когато железни или каменни тела - метеорити - са паднали върху Луната от междупланетното пространство. Светлите части на Луната са нейните планински райони.

Американски астронавти посетиха Луната. Нашите луноходи, управлявани от Земята, също ни казаха много интересни неща за това. Автомати и астронавти, доставени на Земята лунна почва. Луната е много малка и следователно силата на гравитацията върху нея също е малка. Астронавтите на Луната са тежали около 1/6 от нормалното им тегло на Земята.

Луната е на 4,5 милиарда години. години - горе-долу колкото Земята. Образува се в резултат на сблъсък на Земята с една от малките планети. Планетата беше унищожена, а Луната се образува от нейните отломки и започна постепенно да се отдалечава от Земята. Разстоянието между него и Земята се увеличава приблизително със същата скорост, с която растат ноктите.

Докато Луната се върти около Земята, тя упражнява гравитация върху нашите морета. Това привличане предизвиква приливи и отливи.

1.2 Наблюдения на Луната.

Нека наблюдаваме Луната и ще видим, че нейният вид се променя всеки ден. Отначало полумесецът е тесен, след това Луната става по-пълна и след няколко дни става кръгла. След още няколко дни пълнолунието постепенно става все по-малко и по-малко и отново става като полумесец. Полумесецът често се нарича месец. Ако сърпът е обърнат изпъкнал наляво, като буквата „С“, тогава те казват, че Луната „старее“. 14 дни и 19 часа след пълнолуние старият месец ще изчезне напълно. Луната не се вижда. Тази фаза на луната се нарича "новолуние". След това постепенно Луната от тесен сърп, обърнат надясно (ако мислено начертаете права линия през краищата на сърпа, получавате буквата „P“, т.е. месецът „расте“), отново се превръща в пълна Луна. Понякога по време на новолуние Луната закрива Слънцето. В такива моменти се случва слънчево затъмнение. Ако Земята хвърли сянка върху Луната по време на пълнолуние, настъпва лунно затъмнение. За да "порасне" Луната отново, е необходим същият период от време: 14 дни и 19 часа. Смяна на външния вид на Луната, т.е. Смяната на лунните фази от пълнолуние до пълнолуние (или от новолуние до новолуние) става на всеки четири седмици, по-точно за 29 дни и половина. Това е лунен месец. Той послужи като основа за съставянето на календара. Можете предварително да изчислите кога и как ще се вижда Луната, кога ще има тъмни нощи и кога ще има светли. По време на пълнолуние Луната е обърната към Земята със своята осветена страна, а по време на новолуние - с неосветената си страна. Луната е твърдо, студено небесно тяло, което не излъчва собствена светлина, тя свети в небето само защото отразява с повърхността си светлината на Слънцето. Въртейки се около Земята, Луната се обръща към нея или като напълно осветена повърхност, или като частично осветена повърхност, или като тъмна повърхност. Ето защо външният вид на Луната непрекъснато се променя през целия месец.

Глава 2. Организация и резултати от изследването

Днес астрономите си представят структурата на Слънчевата система по следния начин: Слънцето е разположено в центъра й, а планетите кръжат около него, сякаш прикрепени. Те са общо осем - Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран. Защо в края на краищата планетите се движат около Слънцето като вързани? Те наистина са прикрепени, но тази връзка е невидима. Исак Нютон формулира много важен закон - законът универсална гравитация. Той доказа, че всички тела на Вселената - Слънцето, планетите с техните спътници, отделни звезди и звездни системи - се привличат едно към друго. Силата на това привличане зависи от големината на небесните тела и разстоянията между тях. Колкото по-малко е разстоянието, толкова по-силно е привличането. Колкото по-голямо е разстоянието, толкова по-слабо е привличането. Нека проведем серия от експерименти.

Опит 1. Нека се опитаме да скочим на място. Какво излезе от това? Точно така, излетяхме няколко сантиметра нагоре и потънахме обратно на земята. Защо не скочим и не полетим високо в небето и след това в космоса? Да, защото ние също сме свързани с нашата планета чрез същата сила на гравитацията.

Опит 2. Да вземем топката. Никъде не лети, почива си, в ръката ни. Стоим на пода. Пускаме топката от ръцете си и тя пада на пода.

Опит 3. Взимаме лист хартия в ръцете си, хвърляме го нагоре, но той също плавно пада на пода.

Наблюдаваме гравитацията в природата. Виждаме сняг, дъждовни капки, падащи на земята. Дори ледените висулки растат не нагоре, а надолу, към земята.

Заключение. Земята наистина държи всичко на повърхността си с мощно привличане. Той съдържа не само теб и мен и всичко живо на Земята, но и всички предмети, камъни, скали, пясъци, водата на океаните, моретата и реките, атмосферата около Земята.

Тогава защо Луната не пада на Земята?

Като начало проведохме проучване сред деца и техните родители на уебсайта Kemdetki. Беше зададен въпросът: "Защо мислите, че Луната не пада на Земята?" Ето някои от отговорите:

1. Даша, 7 години: „Защото в небето има въздух и той държи Луната.“

2. Аня, 7 години: „Защото при нулева гравитация няма привличане, това е планета!“

3. Оля, 9 години: „Защото Луната се върти около Земята по своята орбита и не може да я напусне.“

4. Матвей, 5 години: „Луната е спътник на Земята. А в Земята има магнитно ядро ​​и то привлича.”

5. Оля, 5 години: „Държи се за въздуха“.

6. Алис, 7 години: „Защото небето я държи и тя не може да се оттласне...“

7. Рома, 6 години: „Защото тя се залепи за нощта...“

8. Маша, 6 години: „Къде да падне тук? Тук така или иначе нямаме достатъчно място.“

След като проучихме статии в енциклопедии и интернет, разбрахме, че Луната моментално би паднала на Земята, ако беше неподвижна. Но Луната не стои на едно място, тя се върти около Земята. По време на въртенето се образува сила, която учените наричат ​​центростремителна, т.е. стремяща се към центъра, и центробежна, бягаща от центъра. Можем да проверим това сами, като проведем серия от прости експерименти.

Експеримент 1. Завържете конец към обикновен флумастери нека започнем да го разгръщаме.Флумастерът на конеца буквално ще се изтръгне от ръката ни, но конецът няма да го пусне. Центробежната сила действа върху флумастера, опитвайки се да го изхвърли от центъра на въртене. СкороЛуната е обект на центробежна сила, която не й позволява да падне на Земята. Вместо това той се движи около Земята по постоянен път. Ако въртим много силно флумастера, конецът ще се скъса, а ако го въртим бавно, флумастера ще падне. Следователно, ако Луната се движи още по-бързо, тя ще преодолее гравитацията на Земята и ще полети в космоса; ако Луната се движи по-бавно, гравитацията ще я привлече към Земята.

Е1 – центробежна сила (движеща се от центъра)

Е2- центростремителна сила (търсеща центъра)

Експеримент 2. Нека вземем ръцете на татко, като в кръгъл танц. Без да пускаме ръцете му, ще започнем да тичаме около татко, гледайки го в лицето и оставяйки татко да се обърне след нас. Татко е , а ние ще бъдем Луната. Ако се въртите много, много бързо, можете дори да летите, без краката ви да докосват пода. И за да не летим до стената, татко ще трябва да ни държи много здраво. Същото е и в рая. Ръцете на Бащата Земя сграбчиха Луната и не я пуснаха.

Опит 3. Можете също така да дадете пример с атракцията "Въртележка", която се намира в градската градина на Кемерово. Скоростта на въртене на "Въртележката" е специално изчислена и ако центробежната сила е по-малка от силата на опън на веригата, в противен случай ще завърши катастрофално.

Експеримент 4. Автоматична пералня също ще бъде пример. Прането в него се привлича към стените на барабана му, когато се движи с ускорение, прането се центрофугира и пада едва когато барабанът спре.

Заключение. Такава е Луната. Ако не се беше въртял около Земята, вероятно щеше да падне върху нея. Но центробежните сили й пречат да направи това. И Луната също не може да избяга - гравитационната сила на Земята я държи в орбита.

Заключение

И така, след като проучихме литературата по този въпрос и посетихме планетариума на Кемеровския държавен университет, разбрахме:

Че Луната е единственият естествен спътник на Земята.Луната е на 4,5 милиарда години. години - горе-долу колкото Земята.

Чрез наблюдения забелязахме, че външният вид на Луната се променя всеки ден. Такива промени във формата на Луната се наричатфази.

Ние също заключихме, че Луната се държи от Земята чрез силата на привличане между телата. Силата, която пречи на Луната да "избяга" по време на въртене, еГравитационна сила на Земята (центростремителна) . А силата, която пречи на Луната да падне на Земята, етова е центробежна сила , което се случва, когато Луната се върти около Земята. Ако Луната се движеше по-бързо, тя щеше да преодолее гравитацията на Земята и да полети в космоса; ако Луната се движеше по-бавно, силата на гравитацията би я притеглила към Земята.Въртейки се около Земята, Луната се движи по орбита със скорост 1 км/сек, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети” в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята.

Литература и Интернет ресурси

Нов училищна енциклопедия„Небесни тела”, М., Росмен, 2005 г.

Детска енциклопедия „Защо“, М., Росмен, 2005 г.

„Защо Луната не пада на Земята?“ Зигуненко С. Н., Книгите на Уичкин, 2015 г.

Ранчини. Дж. „Космос. Атлас на свръхновата на Вселената", М.: Ексмо, 2006.

- "Деца!" уебсайт за родители от Кемеровска област.

Уикипедия

Сайт „За децата. Защо"

Уебсайт “Астрономия и закони на космоса”

„Колко просто!“

Закон за гравитацията

Заслугата на Нютон се състои не само в блестящото му предположение за взаимното привличане на телата, но и във факта, че той успя да намери закона за тяхното взаимодействие, тоест формула за изчисляване гравитационна силамежду две тела.

Законът за всемирното привличане гласи: всеки две тела се привличат със сила, право пропорционална на масата на всяко от тях и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях

Нютон изчислява ускорението, придадено на Луната от Земята. Ускорението на свободно падащите тела на повърхността на земята е 9,8 m/s 2 . Луната е отдалечена от Земята на разстояние, равно на приблизително 60 земни радиуса. Следователно, разсъждава Нютон, ускорението на това разстояние ще бъде: . Луната, падаща с такова ускорение, трябва да се приближи до Земята през първата секунда с 0,27/2 = 0,13 cm

Но Луната, освен това, се движи по инерция в посока на моментна скорост, т.е. по права линия, допирателна в дадена точка към неговата орбита около Земята (фиг. 1). Движейки се по инерция, Луната трябва да се отдалечи от Земята, както показват изчисленията, с 1,3 mm за една секунда. Разбира се, ние не наблюдаваме такова движение, при което в първата секунда Луната да се движи радиално към центъра на Земята, а през втората секунда – по допирателна. И двете движения непрекъснато се сумират. Луната се движи по извита линия близо до кръг.

Нека разгледаме експеримент, от който можем да видим как силата на привличане, действаща върху тяло под прав ъгъл спрямо посоката на движение по инерция, трансформира праволинейното движение в криволинейно (фиг. 2). Топката, след като се търкаля по наклонения улей, продължава да се движи по права линия по инерция. Ако поставите магнит отстрани, тогава под въздействието на силата на привличане към магнита, траекторията на топката се огъва.

Колкото и да се опитвате, не можете да хвърлите коркова топка, така че да описва кръгове във въздуха, но като завържете конец към нея, можете да накарате топката да се върти в кръг около ръката ви. Експеримент (фиг. 3): тежест, окачена на нишка, минаваща през стъклена тръба, дърпа нишката. Силата на опън на нишката предизвиква центростремително ускорение, което характеризира промяната на линейната скорост в посока.

Луната се върти около Земята, задържана от силата на гравитацията. Стоманеният кабел, който би заменил тази сила, трябва да има диаметър около 600 км. Но въпреки такава огромна сила на гравитация, Луната не пада на Земята, защото пада начална скорости освен това се движи по инерция.

Знаейки разстоянието от Земята до Луната и броя на оборотите на Луната около Земята, Нютон определи величината на центростремителното ускорение на Луната.

Резултатът беше същото число - 0,0027 m/s 2

Спрете силата на привличане на Луната към Земята - и тя ще се втурне по права линия в бездната на космическото пространство. Топката ще излети тангенциално (фиг. 3), ако нишката, която държи топката, докато се върти в кръг, се скъса. В устройството на фиг. 4, на центробежна машина, само връзка (резба) държи топките в кръгова орбита. Когато нишката се скъса, топките се разпръскват по допирателните. Трудно е да се улови тяхното праволинейно движение с окото, когато те са лишени от връзка, но ако направим такъв чертеж (фиг. 5), тогава от него следва, че топките ще се движат праволинейно, тангенциално към кръга.

Ако инерционното движение беше спряло, Луната щеше да падне на Земята. Падането би продължило четири дни, деветнадесет часа, петдесет и четири минути, петдесет и седем секунди, както е изчислил Нютон.

Използвайки формулата на закона за универсалната гравитация, можете да определите с каква сила Земята привлича Луната: където G е гравитационната константа, m 1 и m 2 са масите на Земята и Луната, r е разстоянието между тях . Замествайки конкретни данни във формулата, получаваме стойността на силата, с която Земята привлича Луната и е приблизително 2 * 10 1 7 N

Законът за всемирното притегляне важи за всички тела, което означава, че Слънцето привлича и Луната. Да броим с каква сила?

Масата на Слънцето е 300 000 пъти по-голяма от масата на Земята, но разстоянието между Слънцето и Луната е 400 пъти по-голямо от разстоянието между Земята и Луната. Следователно във формулата числителят ще се увеличи с 300 000 пъти, а знаменателят с 400 2, или 160 000 пъти. Гравитационната сила ще бъде почти два пъти по-силна.

Но защо Луната не пада върху Слънцето?

Луната пада върху Слънцето по същия начин, както върху Земята, тоест достатъчно, за да остане на приблизително същото разстояние, докато се върти около Слънцето.

Земята и нейният спътник Луната се въртят около Слънцето, което означава, че Луната се върти около Слънцето.

Възниква следният въпрос: Луната не пада на Земята, защото имайки начална скорост, тя се движи по инерция. Но според третия закон на Нютон силите, с които две тела действат едно върху друго, са еднакви по големина и противоположно насочени. Следователно със същата сила, с която Земята привлича Луната, със същата сила Луната привлича Земята. Защо Земята не пада върху Луната? Или също се върти около Луната?

Факт е, че както Луната, така и Земята се въртят около общ център на масата или, за да се опрости, може да се каже, около общ център на тежестта. Спомнете си опита с топки и центробежна машина. Масата на една от топките е два пъти по-голяма от масата на другата. За да могат топките, свързани с резба, да останат в равновесие спрямо оста на въртене при въртене, техните разстояния от оста или центъра на въртене трябва да бъдат обратно пропорционални на масите. Точката или центърът, около който тези топки се въртят, се нарича център на масата на двете топки.

Третият закон на Нютон не се нарушава при експеримента с топки: силите, с които топките се дърпат една друга към общ център на масата, са равни. В системата Земя-Луна общият център на масата се върти около Слънцето.

Астрономически открития

Вече изброихме няколко големи открития и изобретения, направени в астрономията през 17 век. Този век беше предопределен да постави солидна основа пълна теориядвижения на небесните тела - теория на гравитацията на Нютон...

Закон на Хъбъл. Закон на Нютон-Хъбъл

Законът на Хъбъл (законът за универсалната рецесия на галактиките) е емпиричен закон, който свързва червеното отместване на галактиките и разстоянието до тях по линеен начин: където z е червеното отместване на галактиката, D е разстоянието до нея, H0 е коефициент на пропорционалност...

Отражение на неизотропията на пространствено-времевото разнообразие в емисионните спектри на космологичните обекти

Отзад последните годиниКосмологията като наука се развива с много бързи темпове. Модерното оборудване, анализът на данните от наблюденията, оптичните и радиотелескопните системи направиха възможно извеждането на съвременната космология на високо ниво...

Проблемът за топлинната смърт на Вселената

Според втория закон (закон) на термодинамиката процесите, протичащи в затворена система, винаги се стремят към равновесно състояние. С други думи, ако няма постоянен поток от енергия в системата...

Структура на галактиките

Константа на Хъбъл Един от проблемите на извънгалактичната астрономия е свързан с определянето на разстоянията до галактиките и техните размери. Вече са измерени червените премествания на хиляди галактики и квазари. През 1912 г. американският астроном В...

Всичко на този свят е привлечено от всичко. И за това не е необходимо да имате специални свойства ( електрически заряд, участват в ротация, имат размер не по-малък от някои.). Достатъчно е просто да съществуваш, както съществува човек или Земята, или атом. Гравитацията или, както често казват физиците, гравитацията е най-универсалното взаимодействие. И все пак: всичко се привлича към всичко. Но как точно? По какви закони? Изненадващо този закон е един и същ, освен това е еднакъв за всички тела във Вселената – и за звездите, и за електроните.

1. Законите на Кеплер

Нютон твърди, че между Земята и всички материални тела съществува сила на гравитация, която е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието.

През 14-ти век датският астроном Тихо Брахе прекарва почти 20 години в наблюдение на движението на планетите и записване на техните позиции и успява да определи координатите им в различни моменти с най-голямата възможна по това време точност. Неговият асистент, математикът и астроном Йоханес Кеплер, анализира бележките на учителя и формулира три закона за движението на планетите:

Първият закон на Кеплер

Всяка планета в Слънчевата система се върти в елипса, като Слънцето е в един от фокусите. Формата на елипсата, степента на нейното сходство с кръг тогава ще се характеризират със съотношението: e=c/d, където c е разстоянието от центъра на елипсата до нейния фокус (половината от фокусното разстояние); а - голяма полуос. Величината e се нарича ексцентричност на елипсата. При c = 0 и e = 0 елипсата се превръща в окръжност с радиус a.

Втори закон на Кеплер (Закон за площите)

Всяка планета се движи в равнина, минаваща през центъра на Слънцето, а площта на орбиталния сектор, описана от радиус вектора на планетите, се променя пропорционално на времето.

По отношение на нашата Слънчева система с този закон се свързват две понятия: перихелий - точката на орбитата, която е най-близка до Слънцето, и афелий - най-отдалечената точка на орбитата. Тогава може да се твърди, че планетата се движи около Слънцето неравномерно: има линейна скорост в перихелий, по-голяма от тази в афелий.

Всяка година в началото на януари Земята се движи по-бързо, когато преминава през перихелий; следователно видимото движение на Слънцето по еклиптиката на изток също се случва по-бързо от средната година. В началото на юли Земята, преминавайки през афелия, се движи по-бавно и следователно движението на Слънцето по еклиптиката се забавя. Законът за площите показва, че силата, управляваща орбиталното движение на планетите, е насочена към Слънцето.

Трети закон на Кеплер (хармоничен закон)

Третият или хармоничен закон на Кеплер свързва средното разстояние на една планета от Слънцето (a) с нейния орбитален период (t):

където индекси 1 и 2 съответстват на произволни две планети.

Нютон поема палката на Кеплер. За щастие от Англия през 17 век са останали много архиви и писма. Нека следваме разсъжденията на Нютон.

Трябва да се каже, че орбитите на повечето планети се различават малко от кръговите. Следователно ще приемем, че планетата се движи не по елипса, а по кръг с радиус R - това не променя същността на заключението, но значително опростява математиката. Тогава третият закон на Кеплер (той остава в сила, тъй като окръжността е частен случай на елипса) може да се формулира по следния начин: квадратът на времето на едно завъртане в орбита (T2) е пропорционален на куба на средното разстояние ( R3) от планетата до Слънцето:

T2=CR3 (експериментален факт).

Тук С е определен коефициент (константата е еднаква за всички планети).

Тъй като времето на едно завъртане T може да се изрази чрез средната скорост на орбитата на планетата v: T=2(R/v), тогава третият закон на Кеплер приема следната форма:

Или след редукция 4(2 /v2=CR.

Сега нека вземем предвид, че според втория закон на Кеплер движението на планетата по кръгова траектория се извършва равномерно, тоест с постоянна скорост. От кинематиката знаем, че ускорението на тяло, движещо се в кръг с постоянна скорост, ще бъде чисто центростремителна и равна на v2/R. И тогава силата, действаща на планетата, според втория закон на Нютон, ще бъде равна на

Нека изразим съотношението v2/R от закона на Кеплер v2/R=4(2 /CR2) и го заместим във втория закон на Нютон:

F= m v2/R=m4(2/СR2 = k(m/R2), където k=4(2/С е постоянна стойност за всички планети.

Така че за всяка планета силата, действаща върху нея, е право пропорционална на нейната маса и обратно пропорционална на квадрата на нейното разстояние от Слънцето:

Слънцето е източникът на сила, действаща върху планетата, следва от първия закон на Кеплер.

Но ако Слънцето привлича планета със сила F, тогава планетата (според третия закон на Нютон) трябва да привлича Слънцето със същата величина сила F. Освен това тази сила по своята природа не се различава от силата от Слънце: то също е гравитационно и, както показахме, също трябва да е пропорционално на масата (този път - на Слънцето) и обратно пропорционално на квадрата на разстоянието: F=k1(M/R2), тук коефициентът k1 е различно за всяка планета (може би дори зависи от нейната маса!) .

Приравнявайки двете гравитационни сили, получаваме: km=k1M. Това е възможно при условие, че k=(M, и k1=(m, т.е. с F=((mM/R2), където ( е константа - еднаква за всички планети.

Следователно универсалната гравитационна константа (не може да бъде всякаква - с избраните от нас единици за величина - само тази, която природата е избрала. Измерванията дават приблизителна стойност (= 6,7 x10-11 N. m2 / kg2.

2. Законът за всемирното привличане

Нютон получава забележителен закон, описващ гравитационното взаимодействие на всяка планета със Слънцето:

Последиците от този закон бяха и трите закона на Кеплер. Беше колосално постижение да се намери (един!) закон, управляващ движението на всички планети в Слънчевата система. Ако Нютон се беше ограничил само до това, ние все още щяхме да го помним, когато изучавахме физика в училище и щяхме да го наречем изключителен учен.

Нютон беше гений: той предположи, че един и същ закон управлява гравитационното взаимодействие на всяко тяло; той описва поведението на Луната, въртяща се около Земята, и ябълка, падаща на Земята. Това беше невероятна мисъл. В края на краищата общото мнение беше, че небесните тела се движат според собствените си (небесни) закони, а земните тела се движат според собствените си, „светски“ правила. Нютон приема единството на законите на природата за цялата Вселена. През 1685 г. И. Нютон формулира закона за всемирното притегляне:

Всякакви две тела (или по-скоро две материални точки) се привличат един към друг със сила, право пропорционална на техните маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

Законът за всемирното притегляне е един от най-добрите примери, показващи на какво е способен човек.

Силата на гравитацията, за разлика от силите на триене и еластичността, не е контактна сила. Тази сила изисква две тела да се допират едно до друго, за да си взаимодействат гравитационно. Всяко от взаимодействащите си тела създава гравитационно поле в цялото пространство около себе си – форма на материя, чрез която телата гравитационно взаимодействат помежду си. Полето, създадено от дадено тяло, се проявява в това, че то действа върху всяко друго тяло със сила, определена от универсалния закон на гравитацията.

3. Движение на Земята и Луната в космоса.

Луната, естествен спътник на Земята, в процеса на своето движение в космоса се влияе основно от две тела - Земята и Слънцето. Нека изчислим силата, с която Слънцето привлича Луната, прилагайки закона за всемирното привличане, откриваме, че слънчевото привличане е два пъти по-силно от земното.

Защо Луната не пада върху Слънцето? Факт е, че както Луната, така и Земята се въртят около общ център на масата. Общият център на масата на Земята и Луната се върти около Слънцето. Къде е центърът на масата на системата Земя-Луна? Разстоянието от Земята до Луната е 384 000 км. Съотношението на масата на Луната към масата на Земята е 1:81. Разстоянията от центъра на масата до центровете на Луната и Земята ще бъдат обратно пропорционални на тези числа. Разделянето на 384 000 км на 81 дава приблизително 4700 км. Това означава, че центърът на масата се намира на разстояние 4700 км от центъра на Земята.

* Какъв е радиусът на Земята?

* Около 6400 км.

* Следователно центърът на масата на системата Земя-Луна се намира вътре в земното кълбо. Следователно, ако не се стремим към точност, можем да говорим за революция на Луната около Земята.

На диаграмата са показани движенията на Земята и Луната в космоса и промените във взаимното им положение спрямо Слънцето.

При двукратно преобладаване на слънчевата гравитация над земната, кривата на движение на Луната трябва да бъде вдлъбната спрямо Слънцето във всичките му точки. Влиянието на близката Земя, която значително надвишава Луната по маса, води до факта, че кривината на лунната хелиоцентрична орбита периодично се променя.

Луната се върти около Земята, задържана от гравитацията. С каква сила Земята привлича Луната?

Това може да се определи по формулата, изразяваща закона на гравитацията: F=G*(Mm/r2) където G е гравитационната константа, Mm е масите на Земята и Луната, r е разстоянието между тях. След като направихме изчисления, стигнахме до извода, че Земята привлича Луната със сила от около 2-1020 N.

Целият ефект на силата на привличане на Луната от Земята се изразява само в задържането на Луната в орбита, в придаването й на центростремително ускорение. Познавайки разстоянието от Земята до Луната и броя на оборотите на Луната около Земята, Нютон определи центростремителното ускорение на Луната, което доведе до вече известното ни число: 0,0027 m/s2. Доброто съответствие между изчислената стойност на центростремителното ускорение на Луната и нейната действителна стойност потвърждава предположението, че силата, която държи Луната в орбита, и гравитацията са от едно и също естество. Луната може да бъде задържана в орбита от стоманен кабел с диаметър около 600 км. Но въпреки такава огромна гравитационна сила, Луната не пада на Земята.

Луната е отдалечена от Земята на разстояние, равно на приблизително 60 земни радиуса. Следователно, разсъждава Нютон. Луната, падаща с такова ускорение, трябва да се приближи до Земята с 0,0013 м в първата секунда, но Луната освен това се движи по инерция в посоката моментна скорост, т.е. по права линия, допирателна в дадена точка към неговата орбита около Земята

Движейки се по инерция, Луната трябва да се отдалечи от Земята, както показват изчисленията, за една секунда с 1,3 mm. Разбира се, такова движение, при което в първата секунда Луната да се движи радиално към центъра на Земята, а във втората секунда – по допирателна, всъщност не съществува. И двете движения се добавят непрекъснато. В резултат на това Луната се движи по крива линия, близка до кръг.

Въртейки се около Земята, Луната се движи по орбита със скорост 1 км/сек, тоест достатъчно бавно, за да не напусне орбитата си и да „отлети” в космоса, но и достатъчно бързо, за да не падне на Земята. Можем да кажем, че Луната ще падне на Земята само ако не се движи по орбита, тоест ако външни сили (някаква космическа ръка) спрат Луната в нейното орбитално движение, тогава тя естествено ще падне на Земята. Това обаче ще освободи толкова много енергия, че е невъзможно да се говори за падане на Луната върху Земята като твърдо тяло. От всичко по-горе можем да направим заключение.

Луната пада, но не може да падне. И ето защо. Движението на Луната около Земята е резултат от компромис между двете „желания” на Луната: да се движи по инерция – по права линия (поради наличието на скорост и маса) и да падне „надолу” до Земята (също поради наличието на маса). Можем да кажем следното: универсалният закон за гравитацията изисква Луната да падне на Земята, но законът за инерцията на Галилей я „убеждава“ изобщо да не обръща внимание на Земята. Резултатът е нещо средно - орбитално движение: постоянно, безкрайно, падащо.