Księżyc nie odleci od Ziemi, bo... Górskie niebo jest dla Ciebie! Jak wygląda księżyc

Zgodnie z prawem uniwersalna grawitacja Newtona wszystkie obiekty materialne przyciągają się do siebie z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi. Cóż, nie myśl o tym za dużo. Wiem, jak bardzo nie lubisz tego robić. Następnie wyjaśnię wszystko szczegółowo! Pamiętaj więc, że kiedy skaczesz, Ziemia cię przyciąga, to samo dzieje się z Ziemią, ty również ją do siebie przyciągasz. Ale nie jest to zauważalne, ponieważ twoja masa jest znikoma w porównaniu z masą ziemi!
Teraz usuńmy wszystko: powietrze, Słońce, satelity, inne układy i obiekty wszechświata. Zostawmy tylko eksperymentalny Księżyc i Ziemię!

Czy sądzisz, że w tak idealnym układzie Księżyc zderzy się z Ziemią?
Cóż, w zasadzie tak powinno się stać, w oparciu o powyższe prawo, Ziemia powinna przyciągnąć do siebie Księżyc, Księżyc powinien przyciągnąć Ziemię do siebie i zjednoczą się w jedno! Ale to się nie zdarza! Coś stoi na przeszkodzie! Teraz dodaj mnie do naszego systemu! Cóż, dla jasności, włóżmy mi kamień w rękę! (tak powinno być)

Proszę pamiętać, że jestem już na Ziemi, zostałem wciągnięty i nie mogę się od niej uwolnić! A kamień w mojej dłoni wciąż sięga po Ziemię, ale nie daję się go przyciągnąć... Wychwalam Ziemię.
A więc eksperyment:
Rzucam kamień z całej siły po powierzchni Ziemi!

Leci na pewną odległość i chętnie odleciałby do innego układu słonecznego, gdyby podstępna Ziemia nie zaczęła go przyciągać. Nie mógł oprzeć się temu prawu powszechnego ciążenia. Na co cierpiał także Newton. Z pewnością jabłko dało mu niezły guz! Aby...
Teraz rzucam ten kamień z jeszcze większą siłą... No cóż, krótko mówiąc, z całą siłą, którą wystrzeliłem!

Przeleciał prawie połowę Ziemi. Ale mimo to Ziemia okazała się silniejsza i nadal go wciągnęła!
Więc co o tym myślisz...
Nie będę na tym spocząć, teraz wystrzeliłem kamień z prędkością prawie 8000 m/s.
Kamień leci do siebie i myśli: „W końcu odchodzę z tej potężnej planety… A może nie?… AAAAAAAAA. Znowu mnie do siebie przyciąga…!”

Zanim zdążyłem się obejrzeć, kamień poleciał mi w tył głowy... A co, jeśli się uchylę? ... Oczywiście na następnej orbicie poleci dalej!
Pozostaje tylko nadać kamieniowi drugi kosmiczny i zobaczymy…

...Jak kamień opuści orbitę i być może Układ Słoneczny, jeśli oczywiście nikt inny go nie przyciągnie!
Otóż to!
Okazuje się, że słońce jest tutaj i nie ma z tym nic wspólnego! Ale Księżyc to ten sam kamień i jeśli go spowolnisz, z pewnością spadnie na Ziemię!

Księżyc, naturalny satelita Na Ziemię w procesie swojego ruchu w przestrzeni wpływają głównie dwa ciała - Ziemia i Słońce. Jednocześnie grawitacja Słońca jest dwukrotnie silniejsza niż grawitacja Ziemi. Dlatego oba ciała (Ziemia i Księżyc) krążą wokół Słońca, będąc blisko siebie.

Przy podwójnej przewadze grawitacji słonecznej nad ziemską krzywa ruchu Księżyca powinna być wklęsła w stosunku do Słońca we wszystkich jego punktach. Wpływ pobliskiej Ziemi, która znacznie przewyższa masę Księżyca, prowadzi do tego, że krzywizna heliocentrycznej orbity Księżyca okresowo się zmienia.

Na schemacie przedstawiono ruch Ziemi i Księżyca w przestrzeni oraz zmianę ich względnego położenia względem Słońca.

Krążąc wokół Ziemi, Księżyc porusza się po orbicie z prędkością 1 km/s, czyli na tyle wolno, aby nie opuścić swojej orbity i „odlecieć” w przestrzeń kosmiczną, ale także na tyle szybko, aby nie spaść na Ziemię. Odpowiadając bezpośrednio autorowi pytania, możemy powiedzieć, że Księżyc spadnie na Ziemię tylko wtedy, gdy nie będzie poruszał się po orbicie, tj. Jeśli siły zewnętrzne(Niektóre kosmiczna ręka) zatrzymają Księżyc na jego orbicie, w naturalny sposób spadnie on na Ziemię. Jednak wyzwoli to tyle energii, że przypomina to mówienie o upadku Księżyca na Ziemię solidny Nie trzeba.

A także przez ruch Księżyca.

Dla przejrzystości model ruchu Księżyca w przestrzeni został uproszczony. Jednocześnie nie stracimy rygoru matematycznego i niebiańsko-mechanicznego, jeśli opierając się na prostszej opcji, nie zapomnimy wziąć pod uwagę wpływu wielu czynników zakłócających ruch.

Zakładając, że Ziemia jest nieruchoma, możemy sobie wyobrazić Księżyc jako satelitę naszej planety, którego ruch odbywa się zgodnie z prawami Keplera i odbywa się po orbicie eliptycznej.Według podobnego schematu średnia wartość mimośrodu orbity Księżyca wynosi e = 0,055. Półoś wielka tej elipsy ma wielkość równą średniej odległości, tj. 384 400 km. W apogeum w największej odległości odległość ta wzrasta do 405 500 km, a w perygeum (w najkrótszej odległości) wynosi 363 300 km. Płaszczyzna orbity Księżyca jest nachylona pod pewnym kątem do płaszczyzny ekliptyki.

Powyżej znajduje się diagram wyjaśniający znaczenie geometryczne elementy orbity Księżyca.

Elementy orbity Księżyca opisują średni, niezakłócony ruch Księżyca,

Jednak wpływ Słońca i planet powoduje, że orbita Księżyca zmienia swoje położenie w przestrzeni. Linia węzłów porusza się w płaszczyźnie ekliptyki w kierunku przeciwnym do ruchu orbitalnego Księżyca. W związku z tym wartość długości geograficznej węzła wstępującego stale się zmienia. Linia węzłów wykonuje pełny obrót w ciągu 18,6 lat.

Znaczenie:

12 kwietnia nasz kraj pamięta wspaniałe wydarzenie - lot człowieka w kosmos. Na zajęciach omawialiśmy także temat przestrzeni i rysowaliśmy obrazki. A nauczyciel poprosił nas o przygotowanie ciekawych reportaży o kosmosie. Dlatego wybrałam ten temat, bo sama jestem nim zainteresowana. A w przeddzień święta „Dnia Kosmonautyki” jest to dla nas istotne, myślę, że ciebie też zainteresuje.

Moje domysły:

W domu wyjąłem encyklopedię „Celestial Bodies” i zacząłem czytać. Wtedy zadałem sobie pytanie, może Księżyc spadnie na nas? Odpowiedziałem, że Księżyc prawdopodobnie spadnie, jeśli zbliży się do Ziemi. A może coś trzyma go razem z Ziemią, dzięki czemu nie spada i nigdzie nie odlatuje.

Cel i zadania mojej pracy:

Postanowiłem dokładniej przestudiować literaturę, jak powstał Księżyc, jak wpływa na Ziemię, co łączy go z Ziemią i dlaczego Księżyc nie leci w kosmos i nie spada na Ziemię. I oto czego się dowiedziałem.

Wstęp

W astronomii satelita to ciało, które obraca się wokół dużego ciała i jest utrzymywane przez siłę jego grawitacji. Księżyc jest satelitą Ziemi. Ziemia jest satelitą Słońca. Księżyc jest stałym, zimnym, kulistym ciałem niebieskim, które jest 4 razy mniejsze od Ziemi.

Księżyc jest ciałem niebieskim położonym najbliżej Ziemi. Gdyby było to możliwe, turysta spacerowałby po Księżycu przez 40 lat

Układ Ziemia-Księżyc jest wyjątkowy w Układzie Słonecznym, ponieważ żadna planeta nie ma tak dużego satelity. Księżyc jest jedynym satelitą Ziemi.

Jest widoczna gołym okiem lepiej niż jakakolwiek planeta przez teleskop. Nasz satelita kryje wiele tajemnic.

Księżyc jest jak dotąd jedynym ciałem kosmicznym odwiedzanym przez człowieka. Księżyc kręci się wokół Ziemi w taki sam sposób, w jaki Ziemia kręci się wokół Słońca (patrz ryc. 1).

Odległość między środkami Księżyca i Ziemi wynosi około 384 467 km.

Jak wygląda Księżyc?

Księżyc w niczym nie przypomina Ziemi. Nie ma powietrza, nie ma wody, nie ma życia. Stężenie gazów w pobliżu powierzchni Księżyca odpowiada głębokiej próżni. Z powodu braku atmosfery jego ponure, zakurzone przestrzenie nagrzewają się w dzień do +120°C, a w nocy lub w cieniu zamarzają do -160°C. Niebo na Księżycu jest zawsze czarne, nawet w ciągu dnia. Ogromny dysk Ziemi widoczny z Księżyca jest ponad 3,5 razy większy niż Księżyc z Ziemi i wisi niemal nieruchomo na niebie (patrz ryc. 2).

Cała powierzchnia Księżyca jest usiana kraterami zwanymi kraterami. Można je zobaczyć, przyglądając się uważnie Księżycowi w pogodną noc. Niektóre kratery są tak duże, że zmieściłoby się w nich ogromne miasto. Istnieją dwie główne opcje tworzenia kraterów - wulkaniczne i meteorytowe.

Powierzchnię Księżyca można podzielić na dwa typy: bardzo stary teren górzysty (kontynent księżycowy) oraz stosunkowo gładkie i młodsze maria księżycowe.

Marie księżycowe, które stanowią około 16% powierzchni Księżyca, to ogromne kratery powstałe w wyniku zderzeń z ciałami niebieskimi, które później zostały zalane płynną lawą. Morza księżycowe nadano nazwy: Morze Kryzysów, Morze Obfitości, Morze Spokoju, Morze Deszczów, Morze Chmur, Morze Moskwy i inne.

W porównaniu z Ziemią Księżyc jest bardzo mały. Promień Księżyca wynosi 1738 km, objętość Księżyca stanowi 2% objętości Ziemi, a powierzchnia około 7,5%

Jak powstał Księżyc?

Księżyc i Ziemia są prawie w tym samym wieku. Oto jedna z wersji powstania Księżyca.

1. Wkrótce po powstaniu Ziemi uderzyło w nią ogromne ciało niebieskie.

2. Od uderzenia rozpadł się na wiele fragmentów.

3. Pod wpływem grawitacji (przyciągania) Ziemi fragmenty zaczęły się wokół niej obracać.

4. Z biegiem czasu fragmenty połączyły się i utworzyły Księżyc.

Fazy księżyca

Księżyc zmienia swój wygląd każdego dnia. Początkowo sierp jest wąski, potem Księżyc staje się pełniejszy i po kilku dniach staje się okrągły. Jeszcze kilka dni pełnia księżyca stopniowo staje się coraz mniejszy i znów staje się jak sierp. Półksiężyc często nazywany jest miesiącem. Jeśli sierp jest obrócony wypukłie w lewo, jak litera „C”, wówczas mówi się, że Księżyc „starzeje się”. 14 dni i 19 godzin po pełni księżyca stary miesiąc zniknie całkowicie. Księżyca nie widać. Ta faza Księżyca nazywana jest „księżycem w nowiu”. Następnie stopniowo Księżyc zmienia się z wąskiego półksiężyca skręconego w prawo w ponownie w Księżyc w pełni.

Aby Księżyc ponownie „urósł”, potrzebny jest ten sam okres czasu: 14 dni i 19 godzin. Zmiana wyglądu Księżyca, tj. Zmiana faz księżyca, z pełni na pełnię, następuje co cztery tygodnie, a dokładniej co 29 i pół dnia. To jest miesiąc księżycowy. Służył jako podstawa do kompilacji Kalendarz księżycowy. Podczas pełni Księżyc jest zwrócony w stronę Ziemi oświetloną, a podczas nowiu swoją nieoświetloną stroną. Krążąc wokół Ziemi, Księżyc zwraca się w jej stronę albo jako powierzchnia w pełni oświetlona, albo jako powierzchnia częściowo oświetlona, albo jako powierzchnia ciemna. Dlatego wygląd Księżyca zmienia się stale w ciągu miesiąca.

Przypływy i odpływy

Siły grawitacyjne pomiędzy Ziemią a Księżycem powodują ciekawe efekty. Najbardziej znanym z nich jest pływy morskie i odpływy. Różnica pomiędzy poziomem przypływu i odpływu na otwartych przestrzeniach oceanu jest niewielka i wynosi 30–40 cm, natomiast w pobliżu wybrzeża, w wyniku napływu fali pływowej na twarde dno, fala przypływowa zwiększa się w wysokość w taki sam sposób, jak zwykłe fale wiatru przy surfowaniu.

Biorąc pod uwagę kierunek obrotu Księżyca wokół Ziemi, możliwe jest stworzenie obrazu fali pływowej podążającej za oceanem. Maksymalna amplituda fal pływowych na Ziemi obserwowana jest w Zatoce Fundy w Kanadzie i wynosi 18 metrów.

Eksploracja Księżyca

Księżyc przyciąga uwagę ludzi od czasów starożytnych. Wynalazek teleskopów umożliwił dostrzeżenie drobniejszych szczegółów reliefu (kształtu powierzchni) Księżyca. Jedną z pierwszych map Księżyca sporządził Giovanni Riccioli w 1651 roku, nadał on także nazwy dużym ciemnym obszarom, nazywając je „morzami”, których używamy do dziś. W 1881 roku Jules Janssen sporządził szczegółowy „Fotograficzny atlas Księżyca”.

Z początkiem Era kosmosu nasza wiedza o Księżycu znacznie wzrosła. Księżyc został po raz pierwszy odwiedzony przez radziecką sondę kosmiczną Łuna 2 13 września 1959 r.

Po raz pierwszy udało mi się obejrzeć Odwrotna strona Księżyc w 1959 roku, kiedy przeleciała nad nim radziecka stacja Luna 3 i sfotografowała część jego powierzchni niewidoczną z Ziemi.

Amerykańska misja załogowa na Księżyc nazywała się Apollo.

Pierwsze lądowanie odbyło się 20 lipca 1969 r., a pierwszą osobą, która postawiła stopę na powierzchni Księżyca, był Amerykanin Neil Armstrong. Sześć wypraw odwiedziło Księżyc, ale ostatni raz było to w 1972 r., ponieważ wyprawy są bardzo drogie. Za każdym razem lądowały na nim dwie osoby i spędzały na Księżycu do trzech dni. Obecnie przygotowywane są nowe wyprawy.

Dlaczego Księżyc nie spada na Ziemię?

Księżyc natychmiast spadłby na Ziemię, gdyby był nieruchomy. Ale Księżyc nie stoi w miejscu, kręci się wokół Ziemi.

Kiedy rzucimy przedmiot, np. piłkę tenisową, grawitacja przyciąga go do środka ziemi.Nawet piłka tenisowa rzucona z dużą prędkością nadal spadnie na ziemię, ale wzór zmieni się, jeśli obiekt będzie znacznie dalej i poruszać się znacznie szybciej.

Moje doświadczenie:

Zadałem to pytanie mojemu tacie i on mi to wyjaśnił prosty przykład. Przywiązaliśmy zwykłą gumkę do nitki. Wyobraź sobie, że jesteś Ziemią, a gumką jest Księżyc i zacznij nią kręcić. Gumka na nitce dosłownie wyrwie się z dłoni, ale nić nie wypuści. Księżyc jest tak daleko i porusza się tak szybko, że nigdy nie spada w tym samym kierunku. Nawet jeśli będzie stale spadał, księżyc nigdy nie spadnie na ziemię. Zamiast tego porusza się po Ziemi stałą ścieżką.

Jeśli kręcimy gumką bardzo mocno, nić się zerwie, a jeśli kręcimy powoli, gumka spadnie.

Dochodzimy do wniosku: gdyby Księżyc poruszał się jeszcze szybciej, pokonałby grawitację Ziemi i poleciał w przestrzeń kosmiczną; gdyby Księżyc poruszał się wolniej, grawitacja przyciągnęłaby go do Ziemi. Ta precyzyjna równowaga prędkości grawitacyjnej tworzy coś, co nazywamy orbitą, na której mniejsze ciało niebieskie stale krąży wokół większego.

Siłą uniemożliwiającą „ucieczkę” Księżyca podczas obrotu jest siła grawitacji Ziemi. A siła, która zapobiega upadkowi Księżyca na Ziemię, to siła odśrodkowa, co ma miejsce, gdy Księżyc obraca się wokół Ziemi.

Przy okazji...

Będziesz zaskoczony, ale tak naprawdę Księżyc... oddala się od Ziemi z prędkością 3-4 cm rocznie! Ruch Księżyca wokół Ziemi można sobie wyobrazić jako powoli rozwijającą się spiralę. Powodem tej trajektorii Księżyca jest Słońce, które przyciąga Księżyc 2 razy silniej niż Ziemia.

Dlaczego więc Księżyc nie spada na Słońce? Ale ponieważ Księżyc wraz z Ziemią obraca się z kolei wokół Słońca, a atrakcyjny efekt Słońca jest całkowicie wydawany na ciągłe przenoszenie obu tych ciał z prostej ścieżki na zakrzywioną orbitę.

– Sam Księżyc nie świeci, odbija jedynie padające na niego światło słoneczne;

– Księżyc obraca się wokół własnej osi w ciągu 27 ziemskich dni; w tym samym czasie dokonuje jednego obrotu wokół Ziemi;

– Księżyc krążąc wokół Ziemi zawsze jest zwrócony do nas jedną stroną, jego odwrotna strona pozostaje dla nas niewidoczna;

– Księżyc poruszając się po swojej orbicie stopniowo oddala się od Ziemi o około 4 cm rocznie.

– Siła grawitacji na Księżycu jest 6 razy mniejsza niż na Ziemi.

Dlatego rakieta znacznie łatwiej wystartować z Księżyca niż z Ziemi.

Niewykluczone, że już niedługo wyruszy w długie podróże międzyplanetarne statki kosmiczne zostaną wysłane nie z Ziemi, ale z Księżyca.

Z początkiem ten wiek Chiny ogłosiły gotowość eksploracji Księżyca, a także zbudowania tam kilku zamieszkałych baz księżycowych. Po tym oświadczeniu organizacje kosmiczne wiodących krajów, w szczególności USA (NASA) i ESA (Europejska Agencja Kosmiczna), ponownie uruchomiły swoje programy kosmiczne.

Co z tego wyniknie?

Zobaczymy w 2020 roku. To właśnie w tym roku George Bush planował wylądować ludzi na Księżycu. Ta data jest dziesięć lat przed Chinami, ponieważ w ich program kosmiczny mówiono, że utworzenie zamieszkałych baz księżycowych i lądowanie na nich ludzi nastąpi dopiero w 2030 roku.

Księżyc jest najlepiej zbadanym ciałem niebieskim, ale dla ludzi wciąż kryje wiele tajemnic: być może jest podstawą cywilizacje pozaziemskie, być może życie na Ziemi wyglądałoby zupełnie inaczej, gdyby nie było Księżyca, być może w przyszłości ludzie osiedliby się na Księżycu...

Wnioski:

Dowiedzieliśmy się więc, że Księżyc jest naturalnym satelitą Ziemi, kręci się wokół naszej planety i wraz z Ziemią porusza się po orbicie wokół Słońca;

– kwestia pochodzenia Księżyca w dalszym ciągu pozostaje kontrowersyjna;

– zmiany w kształcie Księżyca nazywane są fazami. Istnieją tylko dla nas

Jedno z moich założeń okazało się słuszne, Księżyc rzeczywiście jest przez coś trzymany i jest to siła grawitacji i siła odśrodkowa Ziemi.

Moje drugie założenie, że Księżyc spadnie, jeśli zbliży się do Ziemi, nie jest całkowicie poprawne. Księżyc spadnie na Ziemię, gdy Księżyc przestanie się obracać i będzie nieruchomy, wówczas siła odśrodkowa nie będzie działać.

Studiując encyklopedie i Internet, dowiedziałem się wielu nowych i ciekawych rzeczy. Na pewno podzielę się tymi odkryciami z kolegami z klasy na lekcji o otaczającym nas świecie.

Udało nam się rozwiązać część tajemnic Księżyca, ale to nie uczyniło go mniej interesującym i atrakcyjnym!

Bibliografia:

1. „Przestrzeń. Atlas Wszechświata Supernowych”, M., „Eksmo”, 2006.

2. Nowy encyklopedia szkolna„Ciała Niebieskie”, M., „Rosmen”, 2005

3. Encyklopedia dziecięca „Pochemuchka”, M., „Rosmen”, 2005.

4. „Co to jest? Kto to?” Encyklopedia Dziecięca, M., Pedagogika –

Naciśnij „1995

5. Internet - podręczniki, obrazy o kosmosie.

Zakończony: Uczeń klasy 3B

Khaliullina Ildara

Kierownik: Sakaeva G.Ch.

Miejska placówka oświatowa Gimnazjum nr 79 w Ufie

Pewien starożytny Grek, rzekomo Plutarch, powiedział: gdy tylko Księżyc zwolni, natychmiast spadnie na Ziemię jak kamień wypuszczony z procy. Mówiono to kiedyś, gdy spadały gwiazdy, a nie meteoryty. Siedemnaście wieków później Galileusz, uzbrojony nie tylko w sztukę rozsądnych uogólnień, ale także w teleskop, mówił dalej: Księżyc, jak mówią, nie zwalnia, ponieważ porusza się dzięki bezwładności i oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie temu ruchowi. Powiedział to nagle i bez ogródek. Kolejne dwieście lat później Newton dodał swoje trzy grosze: mówią, kochani, gdyby Księżyc poruszał się wyłącznie na skutek bezwładności, poruszałby się po linii prostej, dawno zniknąwszy w otchłani Wszechświata; Ziemia i Księżyc są utrzymywane obok siebie siłą wzajemnej grawitacji, zmuszając ten ostatni do poruszania się po okręgu. Co więcej, powiedział, grawitacja, będąca najprawdopodobniej przyczyną wszelkiego ruchu we Wszechświecie, jest w stanie nawet przyspieszyć nieco wolniejszy bieg Księżyca w niektórych odcinkach orbity eliptycznej (keplerowskiej)… Sto lat później, Cavendish za pomocą ołowianych kulek i wag skrętnych udowodnił istnienie wzajemnej siły grawitacyjnej. To wszystko. Dlatego to bezwładność i grawitacja, zmuszając Księżyc do poruszania się po zamkniętej orbicie, są przyczynami, które uniemożliwiają upadek Księżyca na Ziemię. Krótko mówiąc, jeśli masa grawitacyjna Ziemi nagle wzrośnie, wówczas Księżyc będzie się od niej oddalał jedynie na swojej wyższej orbicie. Ale... Satelity planet nie mogą mieć żadnych zamkniętych orbit - kołowych ani eliptycznych. Teraz przyjrzymy się wspólnemu „upadkowi” Ziemi i Księżyca na Słońce i upewnimy się co do tego. Zatem Ziemia i Księżyc „spadają” razem w przestrzeni grawitacyjnej Słońca od około 4 miliardów lat. Jednocześnie prędkość Ziemi względem Słońca wynosi około 30 km/s, a Księżyca – 31. W ciągu 30 dni Ziemia pokonuje swoją trajektorię 77,8 mln km (30 x 3600 x 24 x 30), i Księżyc – 80,3. 80,3 – 77,8 = 2,5 mln km. Promień orbity Księżyca wynosi około 400 000 km. Dlatego obwód orbity Księżyca wynosi 400 000 x 2 x 3,14 = 2,5 miliona km. Tylko w naszym rozumowaniu 2,5 miliona km to już „krzywizna” niemal prostej trajektorii Księżyca. Wyświetlanie na dużą skalę trajektorii Ziemi i Księżyca może również wyglądać tak: jeśli w jednej komórce znajduje się 1 milion km, to droga przebyta przez Ziemię i Księżyc w ciągu miesiąca nie zmieści się w całym rozkładzie notebooka w komórce, natomiast maksymalna odległość między trajektorią Księżyca a trajektorią Ziemi w fazach pełni i nowiu będzie wynosić zaledwie 2 milimetry. Można jednak wziąć odcinek o dowolnej długości, wskazujący drogę Ziemi i narysować ruch Księżyca w ciągu miesiąca. Ruch Ziemi i Księżyca następuje od prawej do lewej, czyli przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Jeśli mamy Słońce gdzieś na dole zdjęcia, to po prawej stronie zdjęcia oznaczymy kropką Księżyc w fazie pełni. Niech Ziemia w tym czasie będzie dokładnie poniżej tego punktu. Za 15 dni Księżyc znajdzie się w fazie nowiu, czyli w samym środku naszego segmentu i tuż pod Ziemią na rysunku. Po lewej stronie rysunku ponownie oznaczamy kropkami pozycje Księżyca i Ziemi w fazie pełni księżyca. W ciągu miesiąca Księżyc dwukrotnie przecina trajektorię Ziemi w tak zwanych węzłach. Pierwszy węzeł będzie około 7,5 dnia od fazy pełni księżyca. W tej chwili z Ziemi widoczna jest tylko połowa dysku księżycowego. Ta faza nazywana jest pierwszą kwadrą, ponieważ do tego czasu Księżyc ukończył jedną czwartą swojej miesięcznej ścieżki. Drugi raz Księżyc przecina trajektorię Ziemi ma miejsce w ostatniej kwadrze, czyli około 7,5 dnia od fazy nowiu. Narysowałeś to? Oto co ciekawe: Księżyc w węźle pierwszej ćwiartki jest 400 000 km przed Ziemią, a w węźle ostatniej ćwiartki jest już 400 000 km za nią. Okazuje się, że Księżyc „wzdłuż górnego grzbietu fali” porusza się z przyspieszeniem, a „wzdłuż dolnego grzbietu” – z opóźnieniem; droga Księżyca od węzła ostatniej ćwiartki do węzła pierwszej ćwiartki jest o 800 000 km dłuższa. Oczywiście Księżyc w swoim ruchu po „górnym łuku” nie przyspiesza samoistnie, to Ziemia wraz ze swoją masą grawitacyjną chwyta go i niejako rzuca na siebie. To właśnie ta właściwość poruszających się planet – przechwytywania i rzucania – wykorzystywana jest do przyspieszania sond kosmicznych podczas tak zwanego manewru grawitacyjnego. Jeśli sonda przetnie ścieżkę planety znajdującej się przed nią, wówczas mamy do czynienia z manewrem grawitacyjnym, w wyniku którego sonda zwalnia. To proste. Faza pełni księżyca powtarza się po 29 dniach, 12 godzinach i 44 minutach. Jest to okres synodyczny rewolucji Księżyca. Teoretycznie Księżyc powinien zakończyć swoją podróż orbitalną w 27 dni, 7 godzin i 43 minuty. To jest gwiezdny okres rewolucji. „Niespójność” dwóch dni w podręcznikach tłumaczy się miesięcznym ruchem Ziemi i Księżyca względem okrągłego Słońca. Wyjaśniliśmy to brakiem jakiejkolwiek orbity na Księżycu. Tak więc Newton wyjaśnił „niespadek” Księżyca na Ziemię jego chwilowymi przyspieszeniami podczas poruszania się po orbicie eliptycznej. Myślę, że wyjaśniliśmy to jeszcze prościej. A co najważniejsze - dokładniej Wiktor Babintsev

Wszystko na tym świecie przyciąga wszystko. I do tego nie trzeba mieć żadnych specjalnych właściwości ( ładunek elektryczny, uczestnicz w rotacji, mają rozmiar nie mniejszy niż niektóre.). Wystarczy po prostu istnieć, tak jak istnieje człowiek, Ziemia czy atom. Grawitacja lub, jak często mówią fizycy, grawitacja jest najbardziej uniwersalną interakcją. A jednak: wszystko przyciąga wszystko. Ale jak dokładnie? Jakimi prawami? Co zaskakujące, prawo to jest takie samo, a ponadto jest takie samo dla wszystkich ciał we Wszechświecie - zarówno dla gwiazd, jak i elektronów.

1. Prawa Keplera

Newton argumentował, że pomiędzy Ziemią a wszystkimi ciałami materialnymi istnieje siła grawitacji, która jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości.

W XIV wieku duński astronom Tycho Brahe spędził prawie 20 lat obserwując ruchy planet i rejestrując ich położenie, dzięki czemu był w stanie określić ich współrzędne w różnych momentach z największą możliwą wówczas dokładnością. Jego asystent, matematyk i astronom Johannes Kepler, przeanalizował notatki nauczyciela i sformułował trzy prawa ruchu planet:

Pierwsze prawo Keplera

Każda planeta Układ Słoneczny krąży po elipsie, w jednym z ognisk, w którym znajduje się Słońce. Kształt elipsy, stopień jej podobieństwa do okręgu scharakteryzujemy wówczas stosunkiem: e=c/d, gdzie c jest odległością od środka elipsy do jej ogniska (połowa ogniskowej); a - półoś wielka. Wielkość e nazywana jest mimośrodem elipsy. Przy c = 0 i e = 0 elipsa zamienia się w okrąg o promieniu a.

Drugie prawo Keplera (prawo pól)

Każda planeta porusza się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek Słońca, a obszar sektora orbitalnego, opisany wektorem promienia planet, zmienia się proporcjonalnie do czasu.

W odniesieniu do naszego Układu Słonecznego z tym prawem wiążą się dwa pojęcia: peryhelium – punkt orbity najbliższy Słońcu oraz aphelium – najdalszy punkt orbity. Można wówczas argumentować, że planeta porusza się wokół Słońca nierównomiernie: mając prędkość liniową w peryhelium większą niż w aphelium.

Co roku na początku stycznia Ziemia porusza się szybciej, przechodząc przez peryhelium; dlatego pozorny ruch Słońca wzdłuż ekliptyki na wschód również następuje szybciej niż przeciętnie w roku. Na początku lipca Ziemia przechodząc przez aphelium porusza się wolniej, przez co ruch Słońca wzdłuż ekliptyki ulega spowolnieniu. Prawo pól wskazuje, że siła rządząca ruchem orbitalnym planet jest skierowana w stronę Słońca.

Trzecie prawo Keplera (prawo harmoniczne)

Trzecie prawo Keplera, czyli harmoniczne, wiąże średnią odległość planety od Słońca (a) z okresem jej obiegu (t):

gdzie indeksy 1 i 2 odpowiadają dowolnym dwóm planetom.

Newton przejął pałeczkę Keplera. Na szczęście zachowało się wiele archiwów i listów z XVII wieku z Anglii. Podążajmy za rozumowaniem Newtona.

Trzeba powiedzieć, że orbity większości planet niewiele różnią się od orbit kołowych. Założymy zatem, że planeta porusza się nie po elipsie, ale po okręgu o promieniu R – nie zmienia to istoty wniosku, ale znacznie upraszcza matematykę. Następnie trzecie prawo Keplera (pozostaje w mocy, bo okrąg jest szczególny przypadek elipsę) można sformułować następująco: kwadrat czasu jednego obrotu orbity (T2) jest proporcjonalny do sześcianu średniej odległości (R3) planety od Słońca:

T2=CR3 (fakt eksperymentalny).

Tutaj C jest pewnym współczynnikiem (stała jest taka sama dla wszystkich planet).

Ponieważ czas jednego obrotu T można wyrazić poprzez średnią prędkość orbity planety v: T=2(R/v), to trzecie prawo Keplera przyjmuje postać:

Lub po redukcji 4(2 /v2=CR.

Weźmy teraz pod uwagę, że zgodnie z drugim prawem Keplera ruch planety po trajektorii kołowej odbywa się równomiernie, czyli ze stałą prędkością. Z kinematyki wiemy, że przyspieszenie ciała poruszającego się po okręgu stała prędkość, będzie czysto dośrodkowy i równy v2/R. A wtedy siła działająca na planetę, zgodnie z drugim prawem Newtona, będzie równa

Wyraźmy stosunek v2/R z prawa Keplera v2/R=4(2 /CR2 i podstawmy do drugiego prawa Newtona:

F= m v2/R=m4(2/СR2 = k(m/R2), gdzie k=4(2/С jest wartością stałą dla wszystkich planet.

Zatem dla dowolnej planety siła działająca na nią jest wprost proporcjonalna do jej masy i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu jej odległości od Słońca:

Słońce jest źródłem siły działającej na planetę, wynika z pierwszego prawa Keplera.

Jeśli jednak Słońce przyciąga planetę z siłą F, to planeta (zgodnie z trzecim prawem Newtona) musi przyciągać Słońce z tą samą siłą F. Co więcej, siła ta ze swej natury nie różni się od siły pochodzącej od Słońce: jest również grawitacyjne i jak pokazaliśmy powinno być również proporcjonalne do masy (tym razem Słońca) i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości: F=k1(M/R2), tutaj współczynnik k1 jest inna dla każdej planety (być może zależy to nawet od jej masy!).

Porównując obie siły grawitacyjne otrzymujemy: km=k1M. Jest to możliwe pod warunkiem, że k=(M, oraz k1=(m, czyli przy F=((mM/R2), gdzie ( jest stałą - taką samą dla wszystkich planet.

Zatem uniwersalna stała grawitacyjna (nie może być dowolna – w jednostkach wielkości, które wybraliśmy – tylko taka, jaką wybrała ją natura. Pomiary podają przybliżoną wartość (= 6,7 x10-11 N.m2/kg2.

2. Prawo powszechnego ciążenia

Newton uzyskał niezwykłe prawo opisujące oddziaływanie grawitacyjne dowolnej planety ze Słońcem:

Konsekwencją tego prawa były wszystkie trzy prawa Keplera. Znalezienie (jednego!) prawa rządzącego ruchem wszystkich planet Układu Słonecznego było kolosalnym osiągnięciem. Gdyby Newton ograniczył się tylko do tego, nadal byśmy go pamiętali, gdy studiował fizykę w szkole i nazwaliby go wybitnym naukowcem.

Newton był geniuszem: zaproponował, aby rządziło to samo prawo oddziaływanie grawitacyjne dowolnego ciała, opisuje zachowanie Księżyca krążącego wokół Ziemi i spadającego na Ziemię jabłka. To była niesamowita myśl. Wszak panowała powszechna opinia, że ciała niebieskie poruszają się według własnych (niebiańskich) praw, a ciała ziemskie według własnych, „światowych” praw. Newton założył jedność praw natury dla całego Wszechświata. W 1685 r. I. Newton sformułował prawo powszechnego ciążenia:

Dowolne dwa ciała (a raczej dwa punkty materialne) przyciągają się do siebie z siłą wprost proporcjonalną do ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.

Jednym z nich jest prawo powszechnego ciążenia najlepsze przykłady pokazać, do czego człowiek jest zdolny.

Siła grawitacji w przeciwieństwie do sił tarcia i sprężystości nie jest siłą kontaktową. Siła ta wymaga, aby dwa ciała stykały się ze sobą, aby mogły oddziaływać grawitacyjnie. Każde z oddziałujących ciał tworzy w całej otaczającej siebie przestrzeni pole grawitacyjne – formę materii, poprzez którą ciała oddziałują ze sobą grawitacyjnie. Pole wytworzone przez jakieś ciało objawia się tym, że działa ono na każde inne ciało z siłą określoną przez powszechne prawo grawitacji.

3. Ruch Ziemi i Księżyca w przestrzeni.

Księżyc, naturalny satelita Ziemi, w procesie swojego ruchu w przestrzeni wpływa głównie na dwa ciała - Ziemię i Słońce. Obliczmy siłę, z jaką Słońce przyciąga Księżyc, stosując prawo powszechnego ciążenia, okaże się, że przyciąganie Słońca jest dwa razy silniejsze niż przyciąganie Ziemi.

Dlaczego Księżyc nie spada na Słońce? Faktem jest, że zarówno Księżyc, jak i Ziemia krążą wokół wspólnego środka masy. Wspólny środek masy Ziemi i Księżyca krąży wokół Słońca. Gdzie znajduje się środek masy układu Ziemia-Księżyc? Odległość Ziemi od Księżyca wynosi 384 000 km. Stosunek masy Księżyca do masy Ziemi wynosi 1:81. Odległości od środka masy do środków Księżyca i Ziemi będą odwrotnie proporcjonalne do tych liczb. Dzieląc 384 000 km przez 81, otrzymujemy około 4700 km. Oznacza to, że środek masy znajduje się w odległości 4700 km od środka Ziemi.

* Jaki jest promień Ziemi?

* Około 6400 km.

* W rezultacie środek masy układu Ziemia-Księżyc leży wewnątrz globu. Dlatego jeśli nie będziemy dążyć do dokładności, możemy mówić o rewolucji Księżyca wokół Ziemi.

Na schemacie przedstawiono ruchy Ziemi i Księżyca w przestrzeni oraz zmiany ich względnego położenia względem Słońca.

Księżyc krąży wokół Ziemi, utrzymywany przez grawitację. Z jaką siłą Ziemia przyciąga Księżyc?

Można to wyznaczyć ze wzoru wyrażającego prawo grawitacji: F=G*(Mm/r2) gdzie G to stała grawitacji, Mm to masy Ziemi i Księżyca, r to odległość między nimi. Po dokonaniu obliczeń doszliśmy do wniosku, że Ziemia przyciąga Księżyc z siłą około 2-1020 N.

Cały efekt siły przyciągania Księżyca przez Ziemię wyraża się jedynie w utrzymywaniu Księżyca na orbicie, w nadaniu mu przyspieszenia dośrodkowego. Znając odległość Ziemi od Księżyca oraz liczbę obrotów Księżyca wokół Ziemi, Newton wyznaczył przyspieszenie dośrodkowe Księżyca, uzyskując znaną nam już liczbę: 0,0027 m/s2. Dobra zgodność obliczonej wartości przyspieszenia dośrodkowego Księżyca z jego rzeczywistą wartością potwierdza założenie, że siła utrzymująca Księżyc na orbicie i grawitacja mają ten sam charakter. Księżyc mógłby być utrzymywany na orbicie za pomocą stalowej linki o średnicy około 600 km. Ale pomimo tak ogromnej siły grawitacji Księżyc nie spada na Ziemię.

Księżyc zostaje odsunięty od Ziemi na odległość równą około 60 promieniom Ziemi. Dlatego Newton rozumował. Księżyc spadający z takim przyspieszeniem powinien w pierwszej sekundzie zbliżyć się do Ziemi na odległość 0,0013 m. Jednak Księżyc dodatkowo porusza się na zasadzie bezwładności w kierunku prędkości chwilowej, czyli po linii prostej stycznej w danym punkcie do swojej orbity wokół Ziemi

Poruszając się na zasadzie bezwładności, Księżyc powinien oddalić się od Ziemi, jak pokazują obliczenia, w ciągu jednej sekundy o 1,3 mm. Oczywiście taki ruch, w którym w pierwszej sekundzie Księżyc poruszałby się promieniowo w kierunku środka Ziemi, a w drugiej sekundzie – po stycznej, faktycznie nie istnieje. Obydwa ruchy są stale dodawane. W rezultacie Księżyc porusza się po zakrzywionej linii, blisko koła.

Krążąc wokół Ziemi, Księżyc porusza się po orbicie z prędkością 1 km/s, czyli na tyle wolno, aby nie opuścić swojej orbity i „odlecieć” w przestrzeń kosmiczną, ale także na tyle szybko, aby nie spaść na Ziemię. Można powiedzieć, że Księżyc spadnie na Ziemię tylko wtedy, gdy nie będzie poruszał się po orbicie, czyli jeśli siły zewnętrzne (jakaś kosmiczna ręka) zatrzymają Księżyc w jego ruchu orbitalnym, wówczas w naturalny sposób spadnie on na Ziemię. Wyzwoli to jednak tak dużo energii, że nie da się mówić o upadku Księżyca na Ziemię w postaci ciała stałego. Z powyższego możemy wyciągnąć wniosek.

Księżyc spada, ale nie może spaść. I własnie dlatego. Ruch Księżyca wokół Ziemi jest wynikiem kompromisu między dwoma „pragnieniami” Księżyca: poruszać się na zasadzie bezwładności - po linii prostej (ze względu na obecność prędkości i masy) oraz spadać „w dół” do Ziemia (również ze względu na obecność masy). Możesz powiedzieć tak: prawo powszechne Grawitacja zachęca Księżyc do upadku na Ziemię, ale prawo bezwładności Galileusza „przekonuje” go, aby w ogóle nie zwracał uwagi na Ziemię. Rezultatem jest coś pośredniego - ruch orbitalny: ciągły, bez końca, opadający.