Інформація про новину
  • Переглядів: 192
  • Дата: 21-11-2020, 17:16
21-11-2020, 17:16

16. Движение планет и луны

Категорія: Учебники » Физика





Попередня сторінка:  15. Равномерное движение по окружности
Наступна сторінка:   17. Колебательное движение. Маятники

Солнечная система состоит из Солнца и восьми планет (рис. 16.1), которые вращаются вокруг него. Планеты подразделяются на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс -имеют твердую оболочку и состоят преимущественно из тяжелых элементов. Внешние планеты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - состоят из газов, преимущественно водорода и гелия; их еще называют газовыми гигантами из-за огромных размеров. Внутренние и внешние планеты разделены поясом астероидов.

Рис. 16.1. Солнце - Меркурий - Венера - Земля - Марс. Пояс астероидов. Юпитер - Сатурн - Уран - Нептун - газовые гиганты

СОСТАВ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

До 2006 года в состав Солнечной системы входила еще одна планета -Плутон. Но из-за того, что космические аппараты открыли за Плутоном еще несколько небесных тел приблизительно таких же размеров, было решено ограничить число планет до восьми. Кроме того, Плутон имеет вытянутую орбиту, которая сильно наклонена к плоскости вращения других планет.

На протяжении тысячелетий астрономы наблюдали за довольно сложным движением Солнца, Луны и планет на фоне звездного неба и считали, что все они движутся вокруг Земли. В 1543 году польский астроном Николай Коперник предложил выбрать телом отсчета Солнце, учитывая более простой способ описания движения планет. Согласно гелиоцентрической системе Коперника Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. Траектория каждой из планет Солнечной системы является эллипсом, а Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса.

ДВИЖЕНИЕ ПЛАНЕТ ВОКРУГ СОЛНЦА

Орбиты большинства планет лежат практически в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики (рис. 16.2), и вращаются в одну и ту же сторону. Солнце лежит в этой же плоскости и вращается вокруг собственной оси в том же направлении, что и планеты. Плоскость орбиты Плутона наклонена к плоскости эклиптики под углом 17°.

Рис. 16.2. Орбиты планет. Плоскость эклиптики выделена. Орбита Плутона явно выделяется наклоном и вытянутостью

Однако орбиты планет, кроме Плутона, настолько мало отличаются от окружностей, что только чрезвычайно кропотливые расчеты Кеплера, которые он завершил в 1609 году, дали возможность установить это отличие. История этого открытия такова.

ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ

Датский астроном Тихо Браге достиг невиданной для своего времени точности измерений положения планет на небе. Он завещал результаты собственных астрономических наблюдений своему сотруднику, немецкому астроному И. Кеплеру. Анализируя данные о движении Марса, Кеплер определил, что планета движется по орбите неравномерно - если бы планета двигалась по окружности, то такого не могло бы быть. Первый закон Кеплера твердит: планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Ему понадобилось пять лет, чтобы вычислениями доказать этот факт.

В нижеприведенной таблице указаны основные данные о Солнечной системе.

Таблица 16.1

Основные данные о планетах Солнечной системы и Плутоне

Период обращения Земли вокруг собственной оси равняется 24 часам и называется солнечными сутками, или просто сутками. Периоды обращения других планет и Луны указаны в таблице в земных сутках.

Год - это период обращения планеты вокруг Солнца. Земной год равняется 365,26 земным суткам. Периоды обращения остальных планет указаны в земных сутках или в земных годах.

За миллиарды лет вращения Луны вокруг Земли она замедлила обращение вокруг своей оси настолько, что сейчас обращена к нам всегда одной своей стороной, и потому совершает один оборот вокруг собственной оси за один месяц.

Земля также замедляет свое суточное вращение (главным образом из-за вызываемых Луной приливов в океане и жидком ядре Земли), но происходит это очень медленно, хотя 3,5 млрд лет назад земные сутки составляли лишь 6 часов.

ЛУНА - ЕСТЕСТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ

Кроме Меркурия и Венеры, все другие планеты Солнечной системы имеют естественные спутники. У Земли это Луна. Наблюдая за движением Луны, можно заметить, что за сутки она смещается на фоне звездного неба на восток приблизительно на 13°. Засекая минимальное время, через которое Луна опять займет свое предыдущее положение относительно звезд (позиция 2 на рис. 16.3), можно определить звездный период обращения Луны вокруг Земли: 27,3 суток (27 суток 7 часов и 43 мин). Надо понимать, что лучи от звезд идут практически параллельно, из-за огромного расстояния к ним.

Если определить промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны (например полной и следующей полной Луной - позиция 3 на рис. 16.3), то получим ее солнечный период обращения, который длится приблизительно 29,5 суток (29 суток 12 ч 44 мин).

ТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

16.1. Объясните с помощью рис. 11.3, почему период обращения Луны вокруг Земли равен 27,3 суток относительно неподвижных звезд, и 29,5 сутки относительно Солнца.

16.2. Объясните с помощью рисунка, почему период обращения Земли вокруг оси относительно неподвижных звезд составляет 23 ч 56 мин. и 24 ч относительно Солнца.

16.3. Напишите реферат об истории исключения Плутона из семейства планет Солнечной системы.

СОЛНЕЧНЫЕ И ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ

Траекторию Луны вокруг Земли можно приближенно считать окружностью (рис. 16.4). Лучи света от Солнца идут практически параллельно, из-за огромного расстояния к нему.

Солнечные затмения возможны, когда Луна оказывается между Солнцем и Землей на одной линии. Угловые размеры Луны и Солнца практически одинаковы (то есть кажутся одинаковыми по размеру). Во время полного солнечного затмения Луна закрывает Солнце.

Лунное затмение возможно, когда Земля оказывается между Солнцем и Луной на одной линии. Казалось бы, что солнечные и лунные затмения должны происходить ежемесячно, но это не так. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°, поэтому в большинстве случаев, когда Луна оказывается между Солнцем и Землей, солнечного затмения не проис-

ходит, поскольку Луна находится выше или ниже плоскости эклиптики. Однако в определенные моменты времени (попробуйте объяснить это с помощью рисунка) Земля, Луна и Солнце все же могут оказаться на одной прямой, которая лежит одновременно и в плоскости эклиптики, и в плоскости орбиты Луны. В таком случае можно наблюдать солнечное или лунное затмение.

ФАЗЫ ЛУНЫ

Интересно следить за фазами Луны. На рис. 16.4 а изображено положение Луны относительно Земли в разные моменты ее движения по околоземной орбите. Рисунок сделан с позиции наблюдателя, который находится в космосе выше плоскости орбиты Луны прямо над Северным полюсом Земли. Земля вращается вокруг своей оси против часовой стрелки (с запада на восток). В ту же сторону вращается по своей орбите и Луна. Рис. 16.4 б показывает Луну такой, какой ее видит земной наблюдатель. Полная луна наблюдается в положении 3, когда земной наблюдатель видит ее полностью освещенной. В этой же позиции можно наблюдать лунное затмение (если Луна лежит в плоскости эклиптики). В положении 2 земной наблюдатель видит освещенной правую половину Луны - это первая четверть. В положении 4 земной наблюдатель видит освещенной левую половину Луны - это последняя четверть. В положении 1 диска Луны не видно, но уже на следующий день справа на диске появится узенький светящийся серп молодой луны. Если в положении 1 Луна будет находиться еще и в плоскости эклиптики, то в некоторых точках Земли можно наблюдать солнечное затмение.

Таблица 16.2

Основные данные о Луне

КРАТКИЕ ИТОГИ

Восемь планет Солнечной системы движутся вокруг солнца по эллипсам, которые мало отличаются от окружностей.

Все планеты двигаются практически в одной плоскости (плоскости эклиптики). Солнечные и лунные затмения происходят, когда Солнце, Луна и Земля одновременно находятся на одной прямой и в одной плоскости.

ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

16.1-3. С помощью каких наблюдений можно заметить: а) суточное вращение Земли? б) движение Луны вокруг Земли? в) движение Земли вокруг Солнца?

16.4. Почему все планеты вращаются в одну и ту же сторону, а их орбиты лежат практически в одной плоскости?

УПРАЖНЕНИЕ 16

1. Сколько планет входит сейчас в состав Солнечной системы?

2. Назовите две причины, по которым Плутон исключили из состава планет Солнечной системы.

3. Почему мы видим только одну сторону Луны?

4. Почему замедляется суточное вращение Земли?

5. Почему звездный и солнечный периоды обращения Луны вокруг Земли отличаются между собой?

6. Назовите четыре основных фазы Луны.

7. Куда смещается Луна на протяжении ночи на фоне ночного звездного неба?

8. Раскрутите на столе сырое и вареное яйцо. Чем отличаются их вращения? Попробуйте объяснить это явление.

9. Какой период вращения секундной и минутной стрелок часов?

10. С какой скоростью движется Луна вокруг Земли, если ее звездный период обращения составляет 27,3 земных суток, а средний радиус орбиты 380 000 км?

11. а) Укажите на рис. 16.4, в какой точке орбиты Луны и при каких условиях может произойти солнечное затмение? б) В какой точке орбиты Луны может произойти лунное затмение?

12. За сколько минут свет от Солнца доходит до Земли?

13. Найдите (приближенно) отношение радиуса Земли к радиусу Луны, выразив его целым числом.

14. Найдите (приближенно) отношение радиуса орбиты Луны к радиусу Земли, выразив его целым числом.

15. Какие закономерности и особенности в периодах обращения планет вокруг Солнца вы заметили, изучая таблицу 16.1?

16. В 12 часов минутная и часовая стрелки совпадают. Через какое минимальное время их положения опять совпадут?

17. Искусственный спутник вращается вокруг Земли в направлении с запада на восток. Что больше: время обращения спутника относительно Земли или относительно неподвижных звезд?

 

Это материал учебника Физика за 7 класс Пшеничка

 



Попередня сторінка:  15. Равномерное движение по окружности
Наступна сторінка:   17. Колебательное движение. Маятники



^