U članku se govori o tome zašto Mjesec ne pada na Zemlju, razlozima njegovog kretanja oko Zemlje i nekim drugim aspektima naše nebeske mehanike Sunčev sustav.
Početak svemirskog doba
Prirodni satelit našeg planeta oduvijek je privlačio pažnju. U davna vremena Mjesec je bio predmet kulta nekih religija, a izumom primitivnih teleskopa prvi astronomi nisu se mogli otrgnuti od promatranja veličanstvenih kratera.
Nešto kasnije, s otkrićima u drugim područjima astronomije, postalo je jasno da ne samo naš planet, već i niz drugih imaju takav nebeski satelit. A Jupiter ih ima čak 67! Ali naš je vodeći po veličini u cijelom sustavu. Ali zašto Mjesec ne padne na Zemlju? Koji je razlog njegovog kretanja u istoj orbiti? O tome ćemo razgovarati.
Nebeska mehanika
Prvo morate razumjeti što je orbitalno gibanje i zašto se događa. Prema definiciji koju koriste fizičari i astronomi, orbita je kretanje drugog, znatno većeg tijela po masi. Dugo se vremena smatralo da su orbite planeta i satelita kružne kao najprirodnije i najsavršenije, no Kepler ju je, nakon neuspješnih pokušaja da tu teoriju primijeni na kretanje Marsa, odbacio.
Kao što znate iz tečaja fizike, bilo koja dva objekta doživljavaju uzajamnu takozvanu gravitaciju. Iste sile utječu na naš planet i Mjesec. Ali ako se privlače, zašto onda Mjesec ne padne na Zemlju, što bi bilo najlogičnije?
Stvar je u tome što Zemlja ne miruje, već se kreće oko Sunca po elipsi, kao da neprestano "bježi" od svog satelita. A on, zauzvrat, ima inercijalnu brzinu, zbog čega putuje u eliptičnoj orbiti.
Najjednostavniji primjer koji može objasniti ovaj fenomen je kuglica na žici. Ako ga zavrtite, držat će predmet u jednoj ili drugoj ravnini, ali ako usporite, to neće biti dovoljno i lopta će pasti. Iste sile djeluju i Zemlja ga vuče za sobom, ne dopuštajući mu da miruje, a centrifugalna sila, koja se razvija kao rezultat rotacije, drži ga, ne dopuštajući mu da se približi kritičnoj udaljenosti.
Ako još jednostavnije objasnimo pitanje zašto Mjesec ne padne na Zemlju, onda je razlog tome jednako međudjelovanje sila. Naš planet privlači satelit, tjera ga da se okreće, a centrifugalna sila kao da ga gura.
Sunce
Takvi zakoni ne vrijede samo za naš planet i satelit, svi ostali ih također poštuju.Općenito, gravitacija je vrlo zanimljiva tema. Kretanje planeta okolo često se uspoređuje sa satnim mehanizmom, toliko je precizno i precizno. I što je najvažnije, izuzetno ga je teško slomiti. Čak i ako se iz njega ukloni nekoliko planeta, ostali će vrlo vjerojatno biti ponovno izgrađeni u nove orbite, a kolaps s padom na središnju zvijezdu neće se dogoditi.
Ali ako naša zvijezda ima tako kolosalan gravitacijski učinak čak i na najudaljenije objekte, zašto onda Mjesec ne padne na Sunce?Naravno, zvijezda je na mnogo većoj udaljenosti od Zemlje, ali njezina masa, i stoga gravitacije, je red veličine veći.
Stvar je u tome što se njegov satelit također kreće u orbiti oko Sunca, a potonji ne utječe odvojeno na Mjesec i Zemlju, već na njihov zajednički centar mase. A Mjesec je podložan dvostrukom utjecaju gravitacije - zvijezda i planeta, a nakon toga i centrifugalne sile, koja ih uravnotežuje. Inače bi svi sateliti i drugi objekti odavno izgorjeli na vrelom suncu. Upravo je to odgovor na često pitanje zašto Mjesec ne pada.
Kretanje Sunca
Još jedna činjenica vrijedna spomena je da se Sunce također kreće! A zajedno s njim i cijeli naš sustav, iako smo navikli vjerovati da je svemir stabilan i nepromjenjiv, s izuzetkom orbita planeta.
Ako gledamo globalnije, unutar sustava i njihovih cijelih klastera, možemo vidjeti da se i oni kreću svojim vlastitim putanjama. U ovom slučaju, Sunce sa svojim "satelitima" rotira oko središta galaksije.Ako ovu sliku zamislimo odozgo, ona izgleda kao spirala s mnogo grana, koje nazivamo galaktičkim krakovima. Naše Sunce, zajedno s milijunima drugih zvijezda, kreće se u jednom od tih krakova.
Pad
Ali ipak, ako si postavite ovo pitanje i maštate? Koji su uvjeti potrebni da se Mjesec zabije u Zemlju ili putuje prema Suncu?
To se može dogoditi ako se satelit prestane okretati oko glavnog objekta i centrifugalna sila nestane ili ako nešto jako promijeni njegovu orbitu i poveća brzinu, na primjer, sudar s meteoritom.
Pa, otići će do zvijezde ako se njegovo kretanje oko Zemlje namjerno nekako zaustavi i da se početno ubrzanje prema zvijezdi. Ali najvjerojatnije će se Mjesec jednostavno postupno smjestiti u novu zakrivljenu orbitu.
Rezimirajmo: Mjesec ne pada na Zemlju, jer, osim privlačnosti našeg planeta, na njega djeluje i centrifugalna sila, koja kao da ga gura. Kao rezultat, ova dva fenomena uravnotežuju jedan drugog, satelit ne odleti i ne zabije se u planet.
Mjesec, prirodni satelit Zemlje, u procesu svog kretanja u svemiru pod utjecajem je uglavnom dvaju tijela - Zemlje i Sunca. Istovremeno, Sunčeva gravitacija dvostruko je jača od Zemljine. Dakle, oba tijela (Zemlja i Mjesec) kruže oko Sunca, nalazeći se blizu jedno drugom.
Uz dvostruku prevlast Sunčeve gravitacije nad Zemljinom, krivulja Mjesečevog gibanja trebala bi biti konkavna u odnosu na Sunce u svim svojim točkama. Utjecaj obližnje Zemlje, koja u masi znatno premašuje Mjesec, dovodi do činjenice da se zakrivljenost mjesečeve heliocentrične orbite povremeno mijenja.
Kretanje Zemlje i Mjeseca u svemiru i promjena njihovog međusobnog položaja u odnosu na Sunce prikazani su na dijagramu.
Okrećući se oko Zemlje, Mjesec se kreće po orbiti brzinom od 1 km/s, odnosno dovoljno sporo da ne napusti orbitu i “odleti” u svemir, ali i dovoljno brzo da ne padne na Zemlju. Odgovarajući izravno autoru pitanja, možemo reći da će Mjesec pasti na Zemlju samo ako se ne kreće po orbiti, tj. ako vanjske sile (neka kozmička ruka) zaustave Mjesec u njegovoj orbiti, on će prirodno pasti na Zemlju. Međutim, to će osloboditi toliko energije da je pričanje o tome da Mjesec pada na Zemlju kao čvrsta nema potrebe za.
I također kretanjem Mjeseca.
Radi jasnoće, model Mjesečevog kretanja u svemiru je pojednostavljen. Istodobno, nećemo izgubiti matematičku i nebesko-mehaničku strogost ako, uzimajući jednostavniju opciju kao osnovu, ne zaboravimo uzeti u obzir utjecaj brojnih čimbenika koji ometaju kretanje.
Pod pretpostavkom da je Zemlja nepomična, možemo zamisliti Mjesec kao satelit našeg planeta, čije se kretanje pokorava Keplerovim zakonima i odvija se duž eliptične orbite. Prema sličnoj shemi, prosječna vrijednost ekscentriciteta mjesečeve orbite je e = 0,055. Velika poluos ove elipse po veličini je jednaka prosječnoj udaljenosti, tj. 384 400 km U apogeju, na najvećoj udaljenosti, ta se udaljenost povećava na 405 500 km, au perigeju (na najkraćoj udaljenosti) iznosi 363 300 km. Ravnina mjesečeve orbite nagnuta je prema ravnini ekliptike pod određenim kutom.
Gore je dijagram koji objašnjava geometrijsko značenje elementi Mjesečeve orbite.
Elementi Mjesečeve orbite opisuju prosječno, neporemećeno kretanje Mjeseca,
Međutim, utjecaj Sunca i planeta uzrokuje promjenu Mjesečeve putanje u prostoru. Linija čvorova kreće se u ravnini ekliptike u smjeru suprotnom od kretanja Mjesečeve orbite. Posljedično, vrijednost zemljopisne dužine uzlaznog čvora stalno se mijenja. Linija čvorova završi punu rotaciju za 18,6 godina.
Odjel za obrazovanje uprave općinskog okruga Kemerovo
xregionalni znanstveno-praktični skup
"Svijet otkrića"
odjeljak "Geografija, geologija »
Zašto Mjesec ne padne na Zemlju?
Semenov Lavr Jurijevič,
Učenica 1. razreda "B"
MBOU "Srednja škola Yagunovskaya"
Nadglednik:
Kalistratova
Svetlana Borisovna,
učitelj, nastavnik, profesor osnovne razrede
MBOU "Srednja škola Yagunovskaya"
2016
Sadržaj
Uvod…………………………………………………………………………………………. 3
Poglavlje 1. Mjesec kao predmet istraživanja ……………………………………..... 5
1.1. Proučavanje izvora…………………………………………………………… 5
1.2. Promatranja Mjeseca...................................................................................... 7
Poglavlje 2. Organizacija i rezultati studije……………………………...9
Zaključak…………………………………………………………………………………….. 13
Popis literature i internetskih izvora……………………………………….. 14
Uvod
Jako volim sve vezano uz prostor. Volim promatrati zvijezde i pronalaziti zviježđa pa smo odabrali ovu temu za istraživanje.
Državno sveučilište Kemerovo ima nevjerojatno mjesto - planetarij. Uvršten je na popis planetarija u Rusiji, kojih ima samo 26, kao i na popis planetarija u svijetu. "Osnivač" našeg planetarija, učitelj, kandidat fizičkih i matematičkih znanosti Kemerova Državno sveučilište, Kuzma Petrovich Matsukov razumije "zvjezdane poslove" bolje od ikoga. U planetariju se organiziraju izleti koji otkrivaju misterije svemira, rađanje svemira i zvijezda. Ovdje možete vidjeti sliku pravog zvjezdanog neba! Pomoću projektora zvjezdanog neba pod kupolom planetarija možemo vidjeti oko pet tisuća zvijezda, planeta, sunca i mjeseca.
Neki planeti imaju mnogo satelita, drugi nemaju niti jedan. Odlučili smo shvatiti što je satelit. Naravno, zanimao nas je Mjesec, budući da je on satelit naše Zemlje.
Upitavši Kuzmu Petroviča zašto Mjesec uvijek visi na nebu i nikuda ne leti, saznali su da Zemlja ima nevjerojatna nekretnina: Ona sve privlači sebi. Ali Mjesec visi na nebu i iz nekog razloga ne pada na Zemlju. Zašto? Pokušajmo pronaći odgovor na ovo pitanje.
Svrha studije: otkriti zašto Mjesec ne padne na Zemlju.
Ciljevi istraživanja:
1. Proučite različite izvore o ovom pitanju (enciklopedije, Internet), posjetite planetarij Kemerovskog državnog sveučilišta.
2. Saznajte kako je nastao Mjesec, kako Mjesec utječe na Zemlju, što povezuje Mjesec sa Zemljom.
3. Provedite istraživanje i na temelju dobivenih podataka saznajte zašto Mjesec ne pada na Zemlju.
Hipoteza istraživanja: Vjerojatno će Mjesec pasti ako se približi Zemlji. Ali možda postoji nešto što drži Mjesec i Zemlju na udaljenosti, pa Mjesec ne padne na Zemlju.
Poglavlje 1. Mjesec kao predmet istraživanja
1.1 Proučavanje izvora
Prije nego što potražimo odgovor na pitanje “Što je zapravo Mjesec?”, provedimo kratku anketu među odraslima (5 osoba) i djecom (5 osoba) i saznajmo koliko su duboko upoznati s ovim područjem.
2 osobe - desno;3 osobe - nije u redu.
4 osobe - desno;
1 osoba - nije u redu.
Građani koje zemlje su prvi hodali po Mjesecu? (Amerikanci)
0 osoba - desno;
5 osoba - nije u redu.
5 osoba - desno;
0 osoba - nije u redu.
Kako se zvalo vozilo na vlastiti pogon koje je putovalo površinom Mjeseca? ("Lunohod")
3 osobe - desno;
2 osobe - nije u redu.
5 osoba - desno;
0 osoba - nije u redu.
Znamo da je Zemlja magnet. Zašto Mjesec, Zemljin satelit, ne padne na Zemlju? (Okreće se oko Zemlje)
1 osoba - desno;
4 osobe - nije u redu.
4 osobe - desno;
1 osoba - nije u redu.
Odakle krateri na Mjesecu? (Od sudara s meteoritima)
2 osobe - desno;
3 osobe - nije u redu.
5 osoba - desno;
0 osoba - nije u redu.
Nakon provedene ankete saznali smo da odrasli mogu odgovoriti na pitanja o Mjesecu, ali djeca ne mogu. Stoga smo nastavili istraživanje.
Riječ "mjesec" znači "svijetao". U davna vremena ljudi su Mjesec smatrali božicom - zaštitnicom noći.
Mjesec je jedini prirodni satelit Zemlje. Drugi najsjajniji objekt na zemljinom nebu nakon Sunca.Trenutno astronomi pomoću modernih instrumenata s laserskom zrakom mogu odrediti udaljenost između Zemlje i Mjeseca s točnošću od nekoliko centimetara.Mjesec je od Zemlje udaljen 384.400 km. Putovanje do tamo pješice trajalo bi devet godina!Automobilom bismo morali ići na Mjesec bez zaustavljanja više od šest mjeseci.
Mjesečeva kugla mnogo je manja od Zemljine: u promjeru - gotovo 4 puta, au volumenu - 49 puta. Od tvari globusa može se napraviti 81 kugla od kojih bi svaka bila teška koliko i Mjesec.
Uvijek možemo vidjeti samo jednu stranu Mjeseca. Neka vrsta "malog" diska, promjera 3480 km. Otprilike polovica površine cijele Rusije.Period rotacije Mjeseca oko svoje osi poklapa se s periodom revolucije Zemlje, koji iznosi 28 i pol dana, pa je Mjesec uvijek jednom stranom okrenut prema Zemlji.
Mjesec se okreće oko Zemlje ne strogo u krugu, već u spljoštenom krugu - elipsi. A kada se Mjesec približi svom maksimumu, udaljenost između Zemlje i Mjeseca se smanjuje356.400 kilometara. Ovo minimalno približavanje Mjeseca Zemlji naziva seperigej . I najveća udaljenost se zoveapogej i jednako je cijelom broju406.700 kilometara.
Nema atmosfere, pa ljudi ne mogu disati na Mjesecu. Temperatura površine od −169 °C do +122 °C.
Nekada su se sive mrlje na Mjesecu smatrale morima. Sada se zna da na Mjesecu nema ni kapi vode, a nema ni zračnog omotača – atmosfere. Mjesečeva "mora" duboka su udubljenja prekrivena sivim vulkanskim stijenama. Neki od mjesečevih kratera nastali su padom željeznih ili kamenih tijela - meteorita na Mjesec iz međuplanetarnog prostora. Svijetli dijelovi Mjeseca su njegovi planinski predjeli.
Američki astronauti posjetili su Mjesec. Puno zanimljivih stvari o tome rekli su nam i naši lunarni roveri kojima se upravlja sa Zemlje. Automati i astronauti isporučeni na Zemlju mjesečevo tlo. Mjesec je vrlo malen, pa je stoga i sila gravitacije na njega mala. Astronauti na Mjesecu težili su oko 1/6 svoje normalne težine na Zemlji.
Mjesec je star 4,5 milijardi godina. godina - otprilike isto kao i Zemlja. Nastao je kao rezultat sudara Zemlje s jednim od malih planeta. Planet je uništen, a Mjesec je nastao od njegovih krhotina i počeo se postupno udaljavati od Zemlje. Udaljenost između njega i Zemlje povećava se približno istom brzinom kao što rastu nokti.
Dok Mjesec kruži oko Zemlje, on djeluje gravitacijom na naša mora. Ova privlačnost uzrokuje oseke i oseke.
1.2 Promatranja Mjeseca.
Promatrajmo Mjesec i vidjet ćemo da se njegov izgled mijenja svaki dan. U početku je polumjesec uzak, zatim Mjesec postaje puniji i nakon nekoliko dana postaje okrugao. Nakon još nekoliko dana, pun Mjesec postupno postaje sve manji i manji i opet postaje poput polumjeseca. Polumjesec se često naziva mjesecom. Ako je srp okrenut konveksno ulijevo, poput slova "C", onda kažu da Mjesec "stari". 14 dana i 19 sati nakon punog Mjeseca, stari mjesec će potpuno nestati. Mjesec se ne vidi. Ova mjesečeva faza naziva se "mladi mjesec". Tada se Mjesec postupno, od uskog srpa okrenutog udesno (ako mentalno povučete ravnu liniju kroz krajeve srpa, dobijete slovo "P", tj. mjesec "raste"), ponovno pretvara u puni Mjesec. Ponekad za vrijeme mladog Mjeseca Mjesec zakloni Sunce. U takvim se trenucima događa pomrčina Sunca. Ako Zemlja za vrijeme punog Mjeseca baci sjenu na Mjesec, dolazi do pomrčine Mjeseca. Da bi Mjesec ponovno “narastao” potrebno je isto vrijeme: 14 dana i 19 sati. Promjena izgleda Mjeseca, tj. Promjena mjesečevih mijena, od punog Mjeseca do punog Mjeseca (ili od mlađaka do mlađaka) događa se svaka četiri tjedna, točnije, u 29 i pol dana. Ovo je lunarni mjesec. Ona je poslužila kao osnova za izradu kalendara. Možete unaprijed izračunati kada će i kako Mjesec biti vidljiv, kada će biti tamne, a kada svijetle noći. Za punog Mjeseca Mjesec je okrenut prema Zemlji osvijetljenom stranom, a za mladog neosvijetljenom stranom. Mjesec je čvrsto, hladno nebesko tijelo koje ne emitira vlastitu svjetlost, već svijetli na nebu samo zato što svojom površinom odbija svjetlost Sunca. Okrećući se oko Zemlje, Mjesec se prema njoj okreće ili kao potpuno osvijetljena površina, ili kao djelomično osvijetljena površina, ili kao tamna površina. Zbog toga se izgled Mjeseca kontinuirano mijenja tijekom mjeseca.
Poglavlje 2. Organizacija i rezultati studije
Danas astronomi zamišljaju strukturu Sunčevog sustava na sljedeći način: Sunce se nalazi u njegovom središtu, a planeti kruže oko njega, kao da su pričvršćeni. Ukupno ih je osam - Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Neptun i Uran. Zašto, uostalom, planeti jure oko Sunca kao privezani? Oni su doista vezani, ali je ta veza nevidljiva. Isaac Newton formulirao je vrlo važan zakon – zakon univerzalna gravitacija. Dokazao je da se sva tijela u Svemiru - Sunce, planeti sa svojim satelitima, pojedinačne zvijezde i zvjezdani sustavi - međusobno privlače. Jačina tog privlačenja ovisi o veličini nebeskih tijela i udaljenosti između njih. Što je udaljenost manja, to je privlačnost jača. Što je udaljenost veća, privlačnost je slabija. Provedimo niz eksperimenata.
Iskustvo 1. Pokušajmo skakutati u mjestu. Što je iz toga proizašlo? Tako je, odletjeli smo nekoliko centimetara i ponovno se spustili na zemlju. Zašto ne bismo skočili i odletjeli visoko u nebo pa u svemir? Da, jer smo također vezani za naš planet istom silom gravitacije.
Iskustvo 2. Uzmimo loptu. Nigdje ne leti, miruje, u našoj ruci. Stojimo na podu. Puštamo loptu iz ruku i ona pada na pod.
Iskustvo 3. Uzimamo list papira u ruke, bacamo ga uvis, ali i on lagano pada na pod.
Gravitaciju promatramo u prirodi. Vidimo snijeg, kapi kiše kako padaju na tlo. Čak i ledenice ne rastu prema gore, već prema dolje, prema zemlji.
Zaključak. Zemlja doista drži sve na svojoj površini snažnom privlačnošću. Ne drži samo tebe i mene i sve što živi na Zemlji, već i sve predmete, kamenje, stijene, pijesak, vodu oceana, mora i rijeka, atmosferu koja okružuje Zemlju.
Zašto onda Mjesec ne padne na Zemlju?
Za početak smo proveli anketu među djecom i njihovim roditeljima na web stranici Kemdetki. Postavljeno je pitanje: "Zašto mislite da Mjesec ne padne na Zemlju?" Evo nekih od odgovora:
1. Dasha, 7 godina: "Zato što je na nebu zrak, au njemu je Mjesec."
2. Anya, 7 godina: "Zato što u nultoj gravitaciji nema privlačnosti, to je planet!"
3. Olya, 9 godina: “Zato što se Mjesec okreće oko Zemlje u svojoj orbiti i ne može je napustiti.”
4. Matvey, 5 godina: “Mjesec je satelit Zemlje. A u Zemlji postoji magnetna jezgra i ona privlači.”
5. Olya, 5 godina: "Drži se za zrak."
6. Alice, 7 godina: “Zato što je nebo drži i ne može se odgurnuti...”
7. Roma, 6 godina: “Zato što se zalijepila za noć...”
8. Maša, 6 godina: „Gdje da padne ovdje? Ovdje ionako nemamo dovoljno mjesta.”
Proučavajući članke u enciklopedijama i na internetu, saznali smo da bi Mjesec odmah pao na Zemlju da miruje. Ali Mjesec ne miruje, on se okreće oko Zemlje. Tijekom rotacije nastaje sila koju znanstvenici nazivaju centripetalna, odnosno ona koja teži prema središtu, i centrifugalna, koja bježi od središta. To možemo sami provjeriti provođenjem niza jednostavnih eksperimenata.
Pokus 1. Zavežite nit na obični flomasteri počnimo ga razvijati.Flomaster na konac će nam doslovno izvući iz ruke, ali konac neće pustiti. Centrifugalna sila djeluje na flomaster pokušavajući ga odbaciti od središta rotacije. Tako daljeMjesec je podložan centrifugalnoj sili, koja ga sprječava da padne na Zemlju. Umjesto toga, kreće se oko Zemlje stalnom putanjom. Ako jako jako vrtimo flomaster, konac će puknuti, a ako ga sporo vrtimo, flomaster će pasti. Posljedično, ako bi se Mjesec kretao još brže, nadvladao bi gravitaciju Zemlje i odletio u svemir; ako bi se Mjesec kretao sporije, gravitacija bi ga povukla prema Zemlji.
F1 – centrifugalna sila (teče iz centra)
F2- centripetalna sila (traži središte)
Eksperiment 2. Uzmimo tate za ruke, kao u okruglom plesu. Ne puštajući njegove ruke, počet ćemo trčati oko tate, gledajući mu u lice, a tata će se okrenuti za nama. Tata je , a mi ćemo biti Mjesec. Ako se vrtite jako, jako brzo, možete čak i letjeti bez da vam stopala dodiruju pod. A da ne odletimo uza zid, tata će nas morati jako čvrsto držati. Tako je i u raju. Ruke Oca Zemlje čvrsto su zgrabile Mjesec i nisu ga puštale.
Iskustvo 3. Također možete dati primjer s atrakcijom Carousel, koja se nalazi u Gradskom vrtu Kemerova. Brzina vrtnje “Vrtuljka” je posebno izračunata, a ako bi centrifugalna sila bila manja od sile zatezanja lanca, inače bi završilo katastrofalno.
Pokus 4. Automatska perilica rublja također će biti primjer. Rublje koje se u njemu pere biva privučeno stijenkama njegovog bubnja pri kretanju ubrzanjem, rublje se centrifugira i pada tek kada se bubanj zaustavi.
Zaključak. Takav je Mjesec. Da se nije vrtio oko Zemlje, vjerojatno bi pao na nju. Ali centrifugalne sile sprječavaju je u tome. A ni Mjesec ne može pobjeći - Zemljina ga gravitacijska sila drži u orbiti.
Zaključak
Dakle, nakon proučavanja literature o ovom pitanju i posjeta planetariju Kemerovskog državnog sveučilišta, saznali smo:
Da je Mjesec jedini prirodni satelit Zemlje.Mjesec je star 4,5 milijardi godina. godina - otprilike isto kao i Zemlja.
Promatranjima smo primijetili da se izgled Mjeseca mijenja svaki dan. Takve promjene oblika Mjeseca nazivaju sefazama.
Zaključili smo i da Mjesec drži Zemlja privlačnom silom između tijela. Sila koja sprječava Mjesec da "pobjegne" tijekom rotacije jeZemljina gravitacijska sila (centripetalna) . A sila koja sprječava Mjesec da padne na Zemlju jeovo je centrifugalna sila , koji se javlja kada Mjesec rotira oko Zemlje. Kada bi se Mjesec kretao brže, savladao bi gravitaciju Zemlje i odletio u svemir, a da se Mjesec kretao sporije, sila teže bi ga povukla prema Zemlji.Rotirajući oko Zemlje, Mjesec se kreće po orbiti brzinom od 1 km/s, odnosno dovoljno sporo da ne napusti orbitu i “odleti” u svemir, ali i dovoljno brzo da ne padne na Zemlju.
Literatura i internetski izvori
Novi školska enciklopedija“Nebeska tijela”, M., Rosmen, 2005.
Dječja enciklopedija "Zašto", M., Rosmen, 2005.
"Zašto Mjesec ne padne na Zemlju?" Zigunenko S.N., Whychkinove knjige, 2015.
Rancini. J. “Prostor. Atlas supernova svemira", M.: Eksmo, 2006.
- “Djeca!” web stranica za roditelje regije Kemerovo.
Wikipedia
Web stranica “Za djecu. Zašto"
Web stranica “Astronomija i zakoni svemira”
“Kako jednostavno!”
Zakon gravitacije
Newtonova zasluga nije samo u njegovoj briljantnoj pretpostavci o međusobnom privlačenju tijela, već iu činjenici da je uspio pronaći zakon njihova međudjelovanja, odnosno formulu za izračunavanje sila gravitacije između dva tijela.
Zakon univerzalne gravitacije kaže: bilo koja dva tijela privlače jedno drugo silom izravno proporcionalnom masi svakog od njih i obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih
Newton je izračunao ubrzanje koje Zemlja daje Mjesecu. Ubrzanje slobodno padajućih tijela na površini Zemlje je 9,8 m/s 2 . Mjesec je udaljen od Zemlje na udaljenosti jednakoj približno 60 polumjera Zemlje. Posljedično tome, razmišljao je Newton, ubrzanje na ovoj udaljenosti bit će: . Mjesec, padajući takvim ubrzanjem, trebao bi se približiti Zemlji u prvoj sekundi za 0,27/2 = 0,13 cm
Ali Mjesec se, osim toga, giba po inerciji u smjeru trenutne brzine, tj. duž ravne crte koja u određenoj točki tangira na njegovu orbitu oko Zemlje (slika 1). Krećući se inercijom, Mjesec bi se trebao udaljiti od Zemlje, kako proračuni pokazuju, za 1,3 mm u jednoj sekundi. Naravno, ne opažamo takvo kretanje u kojem bi se Mjesec u prvoj sekundi kretao radijalno prema središtu Zemlje, au drugoj sekundi - po tangenti. Oba se kretanja kontinuirano zbrajaju. Mjesec se kreće duž zakrivljene linije blizu kruga.
Razmotrimo pokus iz kojeg možemo vidjeti kako privlačna sila koja inercijom djeluje na tijelo pod pravim kutom u odnosu na smjer gibanja pretvara pravocrtno gibanje u krivuljasto (slika 2). Lopta se, nakon što se otkotrljala niz kosi žlijeb, inercijom nastavlja kretati pravocrtno. Ako stavite magnet sa strane, tada se pod utjecajem sile privlačenja magneta putanja lopte savija.
Koliko god se trudili, kuglu od pluta ne možete baciti tako da opisuje krugove u zraku, ali vezivanjem konca na nju možete natjerati kuglu da se vrti u krug oko vaše ruke. Pokus (slika 3): uteg obješen na nit koja prolazi kroz staklenu cijev vuče nit. Sila napetosti niti uzrokuje centripetalno ubrzanje, koje karakterizira promjenu linearne brzine u smjeru.
Mjesec se okreće oko Zemlje, držan silom gravitacije. Čelična sajla koja bi zamijenila ovu silu trebala bi imati promjer oko 600 km. No, unatoč tako velikoj sili gravitacije, Mjesec ne pada na Zemlju, jer jest početna brzina a uz to se kreće po inerciji.
Poznavajući udaljenost od Zemlje do Mjeseca i broj okretaja Mjeseca oko Zemlje, Newton je odredio veličinu centripetalne akceleracije Mjeseca.
Rezultat je bio isti broj - 0,0027 m/s 2
Zaustavite silu privlačenja Mjeseca prema Zemlji - i on će jurnuti ravnom linijom u ponor svemira. Kuglica će tangencijalno odletjeti (slika 3) ako pukne nit koja drži kuglicu dok se vrti u krugu. U uređaju na slici 4, na centrifugalnom stroju, samo spoj (navoj) drži kuglice u kružnoj orbiti. Kad nit pukne, kuglice se rasprše po tangentama. Teško je okom uhvatiti njihovo pravocrtno kretanje kada su lišene veze, ali ako napravimo takav crtež (sl. 5), onda iz njega proizlazi da će se kuglice gibati pravocrtno, tangencijalno na kružnicu.
Da je inercijsko kretanje prestalo, Mjesec bi pao na Zemlju. Pad bi trajao četiri dana, devetnaest sati, pedeset i četiri minute, pedeset i sedam sekundi, kako je izračunao Newton.
Koristeći formulu zakona univerzalne gravitacije, možete odrediti kojom silom Zemlja privlači Mjesec: gdje je G gravitacijska konstanta, m 1 i m 2 su mase Zemlje i Mjeseca, r je udaljenost između njih . Zamjenom određenih podataka u formulu dobivamo vrijednost sile kojom Zemlja privlači Mjesec i iznosi približno 2 * 10 1 7 N
Za sva tijela vrijedi zakon univerzalne gravitacije, što znači da Sunce privlači i Mjesec. Brojimo s kojom snagom?
Masa Sunca je 300 000 puta veća od mase Zemlje, ali je udaljenost između Sunca i Mjeseca 400 puta veća od udaljenosti između Zemlje i Mjeseca. Posljedično, u formuli će se brojnik povećati za 300.000 puta, a nazivnik za 400 2, odnosno 160.000 puta. Gravitacijska sila bit će gotovo dvostruko jača.
Ali zašto Mjesec ne pada na Sunce?
Mjesec pada na Sunce na isti način kao i na Zemlju, odnosno tek toliko da ostane na približno istoj udaljenosti dok se okreće oko Sunca.
Zemlja i njen satelit Mjesec kruže oko Sunca, što znači da se Mjesec okreće oko Sunca.
Postavlja se sljedeće pitanje: Mjesec ne pada na Zemlju, jer se, imajući početnu brzinu, kreće inercijom. Ali prema trećem Newtonovom zakonu, sile kojima dva tijela djeluju jedno na drugo jednake su veličine i suprotnog smjera. Dakle, istom snagom kojom Zemlja privlači Mjesec, istom snagom Mjesec privlači Zemlju. Zašto Zemlja ne padne na Mjesec? Ili se i on okreće oko Mjeseca?
Činjenica je da se i Mjesec i Zemlja okreću oko zajedničkog središta mase, ili, da pojednostavimo, moglo bi se reći, oko zajedničkog težišta. Sjetite se pokusa s loptama i centrifugalnim strojem. Masa jedne od kuglica dvostruko je veća od mase druge. Da bi kuglice povezane nitima ostale u ravnoteži u odnosu na os rotacije pri rotaciji, njihove udaljenosti od osi, odnosno središta rotacije, moraju biti obrnuto proporcionalne masama. Točka ili središte oko koje se te kuglice okreću naziva se središte mase dviju kuglica.
Treći Newtonov zakon nije narušen u pokusu s loptama: sile kojima se kuglice međusobno vuku prema zajedničkom središtu mase su jednake. U sustavu Zemlja-Mjesec zajednički centar mase se okreće oko Sunca.
Astronomska otkrića
Već smo naveli nekoliko velikih otkrića i izuma u astronomiji u 17. stoljeću. Ovo je stoljeće bilo predodređeno da postavi čvrste temelje kompletna teorija kretanja nebeskih tijela - Newtonova teorija gravitacije...
Hubbleov zakon. Newton-Hubbleov zakon
Hubbleov zakon (zakon univerzalne recesije galaksija) je empirijski zakon koji povezuje crveni pomak galaksija i udaljenost do njih na linearan način: gdje je z crveni pomak galaksije, D je udaljenost do nje, H0 je koeficijent proporcionalnosti...
Odraz neizotropije prostorno-vremenske raznolikosti u emisijskim spektrima kozmoloških objekata
Iza posljednjih godina Kozmologija se kao znanost razvija vrlo brzo. Suvremena oprema, analiza podataka promatranja, optički i radioteleskopski sustavi omogućili su dovođenje suvremene kozmologije na visoku razinu...
Problem toplinske smrti svemira
Prema drugom zakonu (zakonu) termodinamike, procesi koji se odvijaju u zatvorenom sustavu uvijek teže ravnotežnom stanju. Drugim riječima, ako nema stalnog protoka energije u sustav...
Struktura galaksija
Hubbleova konstanta Jedan od problema izvangalaktičke astronomije vezan je za određivanje udaljenosti do galaksija i njihove veličine. Sada su izmjereni crveni pomaci tisuća galaksija i kvazara. Godine 1912. američki astronom V...
Sve se na ovome svijetu svemu privlači. A za to ne morate imati nikakva posebna svojstva ( električno punjenje, sudjeluju u rotaciji, imaju veličinu ne manju od neke.). Dovoljno je jednostavno postojati, kao što postoji čovjek ili Zemlja ili atom. Gravitacija ili, kako fizičari često kažu, gravitacija je najuniverzalnija interakcija. Pa ipak: sve se svemu privlači. Ali kako točno? Po kojim zakonima? Začudo, ovaj zakon je isti, štoviše, isti je za sva tijela u Svemiru – i za zvijezde i za elektrone.
1. Keplerovi zakoni
Newton je tvrdio da između Zemlje i svih materijalnih tijela postoji sila teže, koja je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti.
U 14. stoljeću danski astronom Tycho Brahe proveo je gotovo 20 godina promatrajući kretanje planeta i bilježeći njihove položaje te je u raznim vremenima uspio odrediti njihove koordinate s najvećom mogućom točnošću u to vrijeme. Njegov pomoćnik, matematičar i astronom Johannes Kepler, analizirao je učiteljeve bilješke i formulirao tri zakona planetarnog gibanja:
Keplerov prvi zakon
Svaki planet u Sunčevom sustavu kruži u elipsi, sa Suncem u jednom od žarišta. Oblik elipse, stupanj njezine sličnosti s krugom tada će biti karakteriziran omjerom: e=c/d, gdje je c udaljenost od središta elipse do njezinog fokusa (polovica žarišne duljine); a - velika poluos. Veličina e naziva se ekscentricitet elipse. Pri c = 0 i e = 0 elipsa se pretvara u kružnicu polumjera a.
Drugi Keplerov zakon (Zakon površina)
Svaki se planet kreće u ravnini koja prolazi kroz središte Sunca, a područje orbitalnog sektora, opisano radijus vektorom planeta, mijenja se proporcionalno vremenu.
U odnosu na naš Sunčev sustav uz ovaj se zakon vežu dva pojma: perihel - točka orbite najbliža Suncu i afel - najudaljenija točka orbite. Tada se može tvrditi da se planet kreće oko Sunca neravnomjerno: ima linearnu brzinu u periheliju veću nego u afelu.
Svake godine početkom siječnja Zemlja se brže kreće prolazeći kroz perihel; stoga se i prividno kretanje Sunca duž ekliptike prema istoku događa brže od prosječne godine. Početkom srpnja Zemlja se, prolazeći afel, kreće sporije, pa se stoga kretanje Sunca po ekliptici usporava. Zakon površina pokazuje da je sila koja upravlja orbitalnim gibanjem planeta usmjerena prema Suncu.
Keplerov treći zakon (harmonijski zakon)
Treći Keplerov ili harmonijski zakon povezuje prosječnu udaljenost planeta od Sunca (a) s njegovim orbitalnim periodom (t):
gdje indeksi 1 i 2 odgovaraju bilo koja dva planeta.
Newton je preuzeo Keplerovu palicu. Na sreću, iz Engleske u 17. stoljeću ostalo je mnogo arhiva i pisama. Slijedimo Newtonovo razmišljanje.
Mora se reći da se orbite većine planeta malo razlikuju od kružnih. Stoga ćemo pretpostaviti da se planet ne kreće po elipsi, već po krugu polumjera R - to ne mijenja bit zaključka, ali uvelike pojednostavljuje matematiku. Tada se Keplerov treći zakon (ostaje na snazi, jer je krug poseban slučaj elipse) može formulirati na sljedeći način: kvadrat vremena jednog okretaja u orbiti (T2) proporcionalan je kubu prosječne udaljenosti ( R3) od planeta do Sunca:
T2=CR3 (eksperimentalna činjenica).
Ovdje je C određeni koeficijent (konstanta je ista za sve planete).
Budući da se vrijeme jedne revolucije T može izraziti kroz prosječnu brzinu orbite planeta v: T=2(R/v), tada Keplerov treći zakon ima sljedeći oblik:
Ili nakon redukcije 4(2 /v2=CR.
Uzmimo sada u obzir da se, prema Keplerovom drugom zakonu, kretanje planeta po kružnoj putanji događa ravnomjerno, odnosno konstantnom brzinom. Iz kinematike znamo da je akceleracija tijela koje se giba po kružnici sa stalna brzina, bit će čisto centripetalna i jednaka v2/R. I tada će sila koja djeluje na planet, prema drugom Newtonovom zakonu, biti jednaka
Izrazimo omjer v2/R iz Keplerovog zakona v2/R=4(2 /CR2) i zamijenimo ga u drugi Newtonov zakon:
F= m v2/R=m4(2/SR2 = k(m/R2), gdje je k=4(2/S konstantna vrijednost za sve planete).
Dakle, za svaki planet, sila koja djeluje na njega izravno je proporcionalna njegovoj masi i obrnuto proporcionalna kvadratu njegove udaljenosti od Sunca:
Sunce je izvor sile koja djeluje na planet, proizlazi iz prvog Keplerovog zakona.
Ali ako Sunce privlači planet silom F, tada planet (prema Newtonovom trećem zakonu) mora privlačiti Sunce istom silom F. Štoviše, ta se sila po svojoj prirodi ne razlikuje od sile iz Sunce: također je gravitacijsko i, kao što smo pokazali, također bi trebalo biti proporcionalno masi (ovaj put - Sunca) i obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti: F=k1(M/R2), ovdje koeficijent k1 različita je za svaki planet (možda ovisi čak i o njegovoj masi!) .
Izjednačenjem obje gravitacijske sile dobivamo: km=k1M. Ovo je moguće pod uvjetom da je k=(M, i k1=(m, tj. s F=((mM/R2), gdje je ( konstanta - ista za sve planete.
Dakle, univerzalna gravitacijska konstanta (ne može biti bilo koja - s jedinicama veličine koje smo odabrali - samo ona koju je priroda izabrala. Mjerenja daju približnu vrijednost (= 6,7 x10-11 N. m2 / kg2.
2. Zakon univerzalne gravitacije
Newton je dobio izvanredan zakon koji opisuje gravitacijsku interakciju bilo kojeg planeta sa Suncem:
Posljedice ovog zakona bila su sva tri Keplerova zakona. Bilo je kolosalno postignuće pronaći (jedan!) zakon koji upravlja kretanjem svih planeta u Sunčevom sustavu. Da se Newton ograničio samo na ovo, još bismo ga se sjećali dok je u školi učio fiziku i nazivali bismo ga izvanrednim znanstvenikom.
Newton je bio genij: predložio je da isti zakon upravlja gravitacijskom interakcijom bilo kojeg tijela; on opisuje ponašanje Mjeseca koji se okreće oko Zemlje i jabuke koja pada na Zemlju. Bila je to nevjerojatna misao. Uostalom, opće je mišljenje bilo da se nebeska tijela kreću po svojim (nebeskim) zakonima, a zemaljska po svojim, “svjetovnim” pravilima. Newton je pretpostavio jedinstvo zakona prirode za cijeli Svemir. Godine 1685. I. Newton je formulirao zakon univerzalne gravitacije:
Bilo koja dva tijela (ili bolje rečeno, dva materijalne bodove) privlače se jedna prema drugoj silom izravno proporcionalnom njihovim masama i obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih.
Zakon univerzalne gravitacije jedan je od najboljih primjera koji pokazuje za što je čovjek sposoban.
Gravitacijska sila, za razliku od sila trenja i elastičnosti, nije kontaktna sila. Ova sila zahtijeva da se dva tijela međusobno dodiruju kako bi mogla gravitacijski djelovati. Svako od tijela u interakciji stvara gravitacijsko polje u cijelom prostoru oko sebe – oblik materije kroz koji tijela gravitacijski djeluju jedno na drugo. Polje koje stvara neko tijelo očituje se u tome što na bilo koje drugo tijelo djeluje silom određenom univerzalnim zakonom gravitacije.
3. Kretanje Zemlje i Mjeseca u svemiru.
Mjesec, prirodni satelit Zemlje, u procesu svog kretanja u svemiru pod utjecajem je uglavnom dvaju tijela - Zemlje i Sunca. Izračunajmo silu kojom Sunce privlači Mjesec, primjenom zakona univerzalne gravitacije nalazimo da je Sunčeva privlačnost dvostruko jača od Zemljine.
Zašto Mjesec ne pada na Sunce? Činjenica je da se i Mjesec i Zemlja okreću oko zajedničkog centra mase. Zajednički centar mase Zemlje i Mjeseca kruži oko Sunca. Gdje je središte mase sustava Zemlja-Mjesec? Udaljenost od Zemlje do Mjeseca je 384.000 km. Omjer mase Mjeseca i mase Zemlje je 1:81. Udaljenosti od središta mase do središta Mjeseca i Zemlje bit će obrnuto proporcionalne ovim brojevima. Dijeljenje 384 000 km s 81 daje približno 4 700 km. To znači da se središte mase nalazi na udaljenosti od 4700 km od središta Zemlje.
* Koliki je radijus Zemlje?
* Oko 6400 km.
* Prema tome, središte mase sustava Zemlja-Mjesec nalazi se unutar globusa. Stoga, ako ne težimo točnosti, možemo govoriti o Mjesečevoj revoluciji oko Zemlje.
Na dijagramu su prikazana kretanja Zemlje i Mjeseca u svemiru i promjene njihovog međusobnog položaja u odnosu na Sunce.
Uz dvostruku prevlast Sunčeve gravitacije nad Zemljinom, krivulja Mjesečevog gibanja trebala bi biti konkavna u odnosu na Sunce u svim svojim točkama. Utjecaj obližnje Zemlje, koja u masi znatno premašuje Mjesec, dovodi do činjenice da se zakrivljenost mjesečeve heliocentrične orbite povremeno mijenja.
Mjesec se okreće oko Zemlje, držan gravitacijom. Kojom snagom Zemlja privlači Mjesec?
To se može odrediti formulom koja izražava zakon gravitacije: F=G*(Mm/r2) gdje je G gravitacijska konstanta, Mm su mase Zemlje i Mjeseca, r je udaljenost između njih. Proračunima smo došli do zaključka da Zemlja privlači Mjesec snagom od oko 2-1020 N.
Cjelokupni učinak sile privlačenja Mjeseca prema Zemlji izražava se samo u zadržavanju Mjeseca u orbiti, u prenošenju centripetalnog ubrzanja na njega. Poznavajući udaljenost od Zemlje do Mjeseca i broj okretaja Mjeseca oko Zemlje, Newton je odredio centripetalno ubrzanje Mjeseca, što je rezultiralo nama već poznatim brojem: 0,0027 m/s2. Dobro slaganje između izračunate vrijednosti Mjesečevog centripetalnog ubrzanja i njegove stvarne vrijednosti potvrđuje pretpostavku da su sila koja drži Mjesec u orbiti i gravitacija iste prirode. Mjesec bi u orbiti mogao držati čelični kabel promjera oko 600 km. No, unatoč tako velikoj gravitacijskoj sili, Mjesec ne pada na Zemlju.
Mjesec je udaljen od Zemlje na udaljenosti jednakoj približno 60 polumjera Zemlje. Stoga je razmišljao Newton. Mjesec bi se, padajući takvom akceleracijom, u prvoj sekundi trebao približiti Zemlji za 0,0013 m. Ali Mjesec se, osim toga, giba inercijom u smjeru trenutna brzina, tj. duž ravne linije koja u određenoj točki tangira na njegovu putanju oko Zemlje
Krećući se inercijom, Mjesec bi se trebao udaljiti od Zemlje, kako proračuni pokazuju, u jednoj sekundi za 1,3 mm. Naravno, takvo kretanje u kojem bi se Mjesec u prvoj sekundi kretao radijalno prema središtu Zemlje, au drugoj sekundi – po tangenti, zapravo ne postoji. Oba se pokreta neprekidno dodaju. Kao rezultat toga, Mjesec se kreće duž zakrivljene linije, blizu kruga.
Okrećući se oko Zemlje, Mjesec se kreće po orbiti brzinom od 1 km/s, odnosno dovoljno sporo da ne napusti orbitu i “odleti” u svemir, ali i dovoljno brzo da ne padne na Zemlju. Možemo reći da će Mjesec pasti na Zemlju samo ako se ne kreće po orbiti, odnosno ako vanjske sile (neka vrsta kozmičke ruke) zaustave Mjesec u orbitalnom kretanju, tada će on prirodno pasti na Zemlju. No, time će se osloboditi toliko energije da se ne može govoriti o padu Mjeseca na Zemlju kao o čvrstom tijelu. Iz svega navedenog možemo izvući zaključak.
Mjesec pada, ali ne može pasti. I zato. Kretanje Mjeseca oko Zemlje je rezultat kompromisa između dvije “želje” Mjeseca: da se kreće po inerciji - pravocrtno (zbog prisutnosti brzine i mase) i da padne “dolje” na Zemlji (također zbog prisutnosti mase). Možemo reći ovako: univerzalni zakon gravitacije poziva Mjesec da padne na Zemlju, ali ga Galilejev zakon inercije "uvjerava" da se uopće ne obazire na Zemlju. Rezultat je nešto između - orbitalno kretanje: konstantno, bez kraja, padanje.
