Физика в космосе и на земле. Физика в космосе

I. ЧТО ТАКОЕ ФИЗИКА 1. Разговор с министром. Около ста лет тому назад в Англии жил и работал знаменитый ученый Михаил Фарадей (рис. 1). Сын простого рабочего, он сам был в молодости переплетчиком.Читая попадавшие в мастерскую книги, Фарадей заинтересовался наукой много

II. ОТКУДА ВЗЯЛАСЬ ФИЗИКА. 1. Обезьяна или человек?Нередко говорят, будто человек произошел от обезьяны. Это неверно. Наука установила, что человек произошел не от обезьяны, а что и он и современные обезьяны произошли от каких-то общих предков. Но во всяком случае предок

III. ФИЗИКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЖИЗНИ. 1. Человек и машина.Потребности производства создали в конце концов машину. В любой машине заложено огромное количество знаний по физике, которые использованы техникой. Построенная благодаря этим знаниям машина в высокой степени

VII. ФИЗИКА И ПОЗНАНИЕ МИРА. 1. Как человек познает мир.Когда первобытный человек бродил в поисках пищи по лесам, полям, горам, по берегу моря, он знакомился с окружающим его миром. Он чутко прислушивался к каждому шуму и шороху, внимательно осматривался по сторонам, умел

1. Вечное движение и физика Попытаемся рассказать о законах природы, исключающих возможность создания перпетуум мобиле.Постройте машину, которая совершала бы работу, большую, чем сообщенная ей энергия, и вы решите проблему вечного движения.Чтобы вечный двигатель мог

Фундаментальные константы и «высокая физика» Одним концом метрология упирается в плевок цехового мастера на доменной печи (см. выше) и счет «бульков» при распитии «на троих», другим, - в фундаментальные константы (немного реже используется термин «мировые константы», и

Презентация по физике на тему: «Физика в космосе»

• Введение.
• Космос. Его освоение.
• Учёные-первопроходцы.

1. Доказательство вращения Земли.

Маятник Фуко.

2. Инерция. Явление инерции в космосе.

3. Почему Луна не падает на Землю?

4. Как Луна вращает Землю.

• Заключение.
• Литература.

Введение

Физика - одна из основных наук о природе. Законы физики - это законы мира, в котором мы живем. Название этой науки - "physis" - ввел древнегреческий ученый Аристотель (384 - 322 гг до н.э.). В переводе на русский язык это слово означает "природа", но под природой Аристотель понимал не просто окружающий человека мир, не естественную среду его обитания, а сущность вещей и событий - то, из чего состоит все сущее в мире, и то как, и почему именно так, все происходит в мире. Все что происходит в окружающем нас мире принято называть явлением.

Я хочу вас познакомить с некоторыми явлениями, которые имеют отношение к космосу.

Космос.

Освоение космоса.

Эра освоения космоса началась 4 октября 1957г., запуском первого советского искусственного спутника Земли. Первым человеком в мире, проложившим путь в космос, был Ю. А. Гагарин. Его полет 12 апреля 1961г. на космическом корабле "Восток" вошел в историю человечества как выдающееся событие.

В ХХ веке прогресс науки позволил человеку выйти в космос (космонавт А. А. Леонов 18 марта 1965 г.) , но основы современной научной мысли были заложены учеными-первопроходцами, посвятившими свою жизнь изучению естественных наук.

Учёные-первопроходцы.

Каждая эпоха рождает людей, отказывающихся следовать общепринятым правилам и обычаям своего времени. После того, как в 1543 г. были опубликованы теории астронома Николая Коперника (1473-1543 гг.), в Европе начало распространяться представление о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Н. Коперник

Джордано Бруно (1548-1600гг.) под влиянием работы Н. Коперника “Об обращении небесных сфер” стал разрабатывать собственную картину мироздания. Его объявили еретиком, приговорили к смертной казни и сожгли на костре.

Дж. Бруно

Галилео Галилей (1564-1642гг.), с жадностью прочитав работу Коперника, стал его последователем. Сконструировав телескоп, он провёл астрономические наблюдения, в корне изменившие представления людей о Солнечной системе. “И все-таки она вертится”, - настаивал Галилей после того, как его заставили отречься от своих убеждений.

Г. Галилей

В 1642 г. в Италии умер Г. Галилей, а через год в Англии родился Исаак Ньютон. Имя английского физика И. Ньютона неразрывно связано с тремя фундаментальными законами механики, а также с законом всемирного тяготения. На их основе была выстроена вся физика XVIII - XIX веков.

Доказательство вращения Земли. Маятник Фуко.

Хотя в XIX веке никто из образованных людей уже не сомневался, что Земля вращается вокруг своей оси, а не Солнце вокруг неё, известный французский ученый Леон Фуко поставил в 1851 году опыт, который наглядно показывал вращение Земли.

Для своего опыта Фуко воспользовался свойством маятника сохранять плоскость своего качания даже в том случае, если место его подвеса вращается вокруг вертикальной оси.

Инерция в космосе.

Мир полон движения. Движутся звезды, планеты, галактики. Наукой доказано движение невидимых глазом частиц – молекул, атомов. Движение есть основное свойство материи. Механическое движение характеризуется скоростью. Движущееся тело не может само по себе изменить свою скорость. Если на него не действуют никакие другие тела, то тело не может ни ускорить, ни замедлить, ни изменить направление своего движения, оно будет двигаться с какой-то определенной по модулю и направлению скоростью. Свойство тел сохранять модуль и направление своей скорости называется инерцией

Как же используется явление инерции в космосе?

Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция – выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна ( d= 3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит?

И почему Луна не падает на землю?

В 1687г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли (а планеты – вокруг Солнца). Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения. Если эта красивая история про яблоко – правда, то именно это яблоко было самым важным в истории науки.

Ньютон утверждал, что между Землей

и всеми материальными телами

существует сила тяготения, которая

обратно пропорциональна квадрату

расстояния между ними. Ньютон рассчитал

ускорение, сообщаемое Луне Землёй.

Ускорение свободно падающих тел у

поверхности Земли равно g= 9,8 м/с 2 . Луна

удалена от Земли на расстояние, равное

примерно 60 земным радиусам.

Следовательно, ускорение на этом

расстоянии будет:

9,8 м/с 2 : 60 2 = 0,0027 м/с 2

Луна, падая с таким ускорением, должна бы приблизиться к Земле за первую секунду на 0,0013 м. Но Луна, кроме того, движется и по инерции. Двигаясь по инерции, Луна должна удалиться от Земли за одну секунду на 1,3 мм. Разумеется, такого движения, при котором за первую секунду Луна двигалась бы по радиусу к центру Земли, а за вторую секунду – по касательной, в действительности не существует. Оба движения непрерывно складываются. В результате Луна движется по кривой линии, близкой к окружности.

Проведём опыт, из которого видно, как

сила притяжения, действующая на тело

под прямым углом к направлению

его движения, превращает прямолинейное

движение в криволинейное. Шарик,

скатившись с наклонного желоба, по

инерции продолжает двигаться

по прямой линии. Если же сбоку положить

магнит, то под действием силы притя-

жения к магниту траектория

шарика искривляется.

Луна обращается вокруг Земли,

удерживаемая силой притяжения.

Стальной канат, который мог бы удержать Луну на орбите, должен бы иметь диаметр около 600 км. Но, несмотря на такую огромную силу притяжения, Луна не падает на Землю, потому что, имея начальную скорость, движется по инерции.

Прекратись действие силы притяжения Луны к Земле – и Луна по прямой линии умчится в бездну космического пространства. Прекратись движение по инерции – и Луна упадёт на Землю. Падение продолжалось бы четверо суток девятнадцать часов пятьдесят четыре минуты пятьдесят семь секунд, так рассчитал Ньютон.

С какой силой Земля притягивает Луну можно определить по формуле, выражающей закон тяготения:

Где G – гравитационная постоянная (  6,7*10 -11 Н * м 2 * кг), m 1 и m 2 – массы Земли и Луны, r – расстояние между ними. Земля притягивает Луну с силой около 2*10 20 Н

Третий закон Ньютона гласит: “Всякому действию всегда есть равное и прямо противоположное противодействие”.

Следовательно, с какой силой Земля притягивает к себе Луну, с такой же силой Луна притягивает Землю. Конечно, притяжение Земли более мощное, и Земля удерживает своим притяжением Луну на её орбите. Луна же своим притяжением (правда, ей в этом помогает Солнце) периодически поднимает в земных океанах воду – происходят приливы и отливы.

Как Луна вращает Землю?

Что Луна вращает Землю

может показаться

невероятным, так как

масса Луны в 81 раз меньше

массы Земли и она сама

вращается вокруг Земли.

Земля совершает много

разных вращений: она

вращается вокруг Солнца,

вращается вокруг своей

оси, ось Земли совершает

прецессионное вращение.

Но есть у Земли еще одно вращение, вызванное Луной. Не было бы Луны, не было бы и этого вращения. Луна, хотя и вращается вокруг Земли, но вращается не вокруг земного центра, а вокруг точки, которая отстоит от центра Земли на расстояние приблизительно 4700 км – общий центр масс системы Земля-Луна.

Сделаем небольшой прибор. Возьмем длинный пустой стержень от шариковой ручки и укрепим на его концах два шарика. Один шарик диаметром 3 см, второй – 1 см. У большого шарика масса в несколько раз больше, чем у маленького. Положим стержень с шариками на острие ножа и будем двигать нож, пока “коромысло” с шариками не уравновесится. Отметим чернилами на стержне эту точку. Это будет центр тяжести нашей системы, состоящей из двух шариков. Массой стержня можно пренебречь, она совсем незначительна. К точке, где расположен центр тяжести нашей системы, а она будет находиться ближе к большому шарику, привяжем две нитки длиной 70 см. Другой конец ниток привяжем к какой-нибудь перекладине.

Нужно, чтобы прибор висел свободно, ничего не задевая. Передвигая нитки вдоль стержня, добьёмся полного равновесия коромысла с шариками. Вращая коромысло вокруг ниток, закрутим их как можно больше. Коромысло должно висеть горизонтально, не качаясь. Отпустим коромысло, оно начнёт вращаться вокруг раскручивающихся ниток. Нитки, являющиеся осью нашего прибора, висят строго вертикально, никакие силы не заставляют их сойти с вертикального положения. Когда прибор перестанет раскручиваться, он будет висеть неподвижно в горизонтальном положении .

Заключение

С незапамятных времен человек, глядя на ночное небо, мечтал побывать в космосе. Мы живем в эпоху освоения космического пространства. Путешествия в космос теперь уже не мечта, а действительность. Осуществляется мечта К. Э. Циолковского: “Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство”. Успешно осваивают космос искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, орбитальные станции. Человек произвел разведку планет Солнечной системы – Венеры, Марса, Юпитера, достиг поверхности Луны. “Маленький шаг человека, но огромный шаг человечества”, - сказал Нил Армстронг, сделав первый шаг по Луне. Все это стало возможным благодаря законам физики. Законы физики – это законы мира, в котором мы живем. Чтобы жить в согласии с окружающим нас миром, надо знать его законы и использовать их на благо мира.

Литература:

“ Беседы по физике” М. И. Блудов,

изд. “Просвещение” 1984 г. “Космос у тебя дома” Ф. Рабиза,

изд. “Детская литература” 1984 г. Серия “100 человек, которые изменили ход истории”

Первые активные шаги к познанию космоса человечество сделало совсем недавно. От запуска первого космического аппарата с первым спутником на борту прошло всего лишь каких-то 60 лет. Но за этот небольшой исторический отрывок времени удалось узнать о многих космических явлениях и провести большое количество самых разнообразных исследований.

Как ни странно с более глубоким познанием космоса перед человечеством открывается все больше загадок и явлений, которые не имеют на данном этапе ответов. Стоит отметить, что даже самое близкое космическое тело, а именно Луна еще далеко не изучена. В силу несовершенства технологий и космических аппаратов мы не имеем ответов на огромное количество вопросов, которые касаются космического пространства. Все же наш портал сайт сможет ответить на много интересующих Вас вопросов и поведать очень много интересных фактов о космических явлениях.

Самые необычные космические явления от портала сайт

Достаточно интересным космическим явлением является галактический каннибализм. Несмотря на то, что галактики являются неживыми существами, все же с термина можно сделать вывод, что в основе его положено поглощение одной галактикой другую. Действительно, процесс поглощения себе подобных характерен не только для живых организмов, но и для галактик. Так, в настоящее время совсем недалеко от нашей галактики происходит подобное поглощение Андромедой более мелких галактик. По счету в этой галактике порядка десяти подобных поглощений. Среди галактик подобные взаимодействия достаточно распространенные. Также довольно часто кроме каннибализма планет может происходить их столкновение. При исследовании космических явлений смогли сделать вывод, что почти все изученные галактики когда-либо имели контакт с другими галактиками.

Еще одним интересным космическим явлением можно назвать квазары. Под этим понятием подразумевают своеобразные космические маяки, которые можно обнаружить с применением современного оборудования. Они раскиданы во всех отдаленных частях нашей Вселенной и свидетельствуют о зарождении всего космоса и его объектов. Особенностью этих явлений можно назвать то, что они излучают огромное количество энергии, по своей мощи она больше чем энергия, которую излучают сотни галактик. Еще в начале активного изучения космического пространства, а именно в начале 60-х годов было зафиксировано много объектов, которые считали квазарами.

Их основной характеристикой является мощное радиоизлучение и достаточно малые размеры. С развитием технологий стало известно, что только 10% от всех объектов, которые считали квазарами, действительно были этими явлениями. Остальные 90% практически не излучали радиоволны. Все объекты, относящиеся к квазарам, имеют очень мощное радиоизлучение, которое и могут фиксировать специальные приборы землян. Все же о данном явлении известно очень мало, и они остаются загадкой для ученых, по этому поводу выдвинуто масса теорий, но научных фактов об их происхождении не существует. Большинство склонно считать, что это зарождающиеся галактики, в середине которых находится огромная черная дыра.

Очень известным и в то же время неизученным явлением космоса является темная материя. Много теорий гласят о ее существовании, но ни одному ученому не удалось не то чтобы ее увидеть, но и зафиксировать с помощью приборов. Все же принято считать, что в космосе существуют определенные скопления этой материи. Для того чтобы провести исследования подобного явления человечество еще не владеет нужным оборудованием. Темная материя, по мнению ученых, образована с нейтрино или невидимых черных дыр. Существуют мнения и о том, что никакой темной материи не существует вовсе. Зарождение гипотезы о присутствии во Вселенной темной материи было выдвинуто за счет несоответствий гравитационных полей, также изучено, что плотность космических пространств неоднородная.

Для космического пространства также характерны гравитационные волны, эти явления также очень мало изучены. Под этим явлением принято считать искажения временного континуума в космосе. Об этом явлении было предсказано еще очень давно Эйнштейном, где он говорил о ней в своей известной теории относительности. Движение подобных волн происходит со скоростью света, а уловить их присутствие крайне сложно. На данном этапе развития мы можем их наблюдать только во время достаточно глобальных изменений в космосе, например, при слиянии черных дыр. И то наблюдение даже за такими процессами возможно только с применением мощных гравитационно-волновых обсерваторий. Нужно отметить, что зафиксировать эти волны возможно при излучении двух мощных взаимодействующих объектов. Наиболее качественно гравитационные волны можно фиксировать при контакте двух галактик.

Совсем недавно стало известно об энергии вакуума. Это подтверждает теории о том, что межпланетное пространство не пусто, а занято субатомными частицами, которые постоянно подвергаются разрушениям и новым образованиям. В подтверждение существования энергии вакуума выступает наличие энергии космоса антигравитационного порядка. Все это и приводит в движение космические тела и объекты. Это порождает еще одну загадку о значении и цели движения. Ученые даже пришли к выводу, что энергия вакуума очень велика, просто человечество еще не научилось ее использовать, мы привыкли получать энергию с веществ.

Все эти процессы и явления открыты для изучения в настоящее время, наш портал сайт поможет Вам ознакомиться с ними более детально и сможет дать много ответов на интересующие Вас вопросы. Мы владеем детальной информацией обо всех изученных и малоизученных явлениях. Также мы обладаем передовой информацией обо всех исследованиях космического пространства, которые проходят в настоящее время.

Интересным и достаточно неизученным космическим явлением можно назвать и микро черные дыры, которые были выявлены совсем недавно. Теория о существования черных дыр очень малого размера в начале 70-х годов прошлого века чуть полностью не перевернула всеми принятую теорию о большом взрыве. Считается, что микродыры расположены по всей Вселенной и имеют особую связь с пятым измерением, кроме того, они имеют свое влияние на временное пространство. Для изучения явлений, связанных с черными дырами малого размера, должен был помочь Адронный Коллайдер, но экспериментально подобные исследования крайне сложные даже с применением этого устройства. Все же ученые не оставляют изучения этих явлений и в ближайшее время планируется их детальное исследование.

Кроме маленьких черных дыр, известны такие явления, которые достигают гигантских размеров. Они отличаются высокой плотностью и сильным гравитационным полем. Гравитационное поле черных дыр настолько мощное, что даже свет не может вырваться от этого притягивания. Они очень часто встречаются в космическом пространстве. Черные дыры имеются практически в каждой галактике, причем их размеры могут превышать в десятки миллиардов раз размеры нашей звезды.

Люди, которые интересуются космосом и его явлениями обязаны быть знакомыми с понятием нейтрино. Эти частицы загадочны в первую очередь за счет того, что они не имеют собственного веса. Их активно используют для преодоления плотных металлов таких, как свинец, поскольку они практически не взаимодействуют с самим веществом. Они окружают все в космосе и на нашей планете, они с легкостью проходят через все вещества. Даже через тело человека проходит 10^14 нейтрино каждую секунду. В основном эти частицы выпущены при излучении Солнца. Все звезды являются генераторами этих частиц, также они активно выбрасываются в космическое пространство при взрывах звезд. Чтобы зафиксировать излучения нейтрино, ученые размещали на дне морей большие нейтрино-детекторы.

Немало загадок связано и с планетами, а именно со странными явлениями, которые с ними связаны. Существуют экзопланеты, которые расположены далеко от нашей звезды. Интересным фактом можно назвать то, что еще до 90-х годов прошлого века человечество считало, что планет вне нашей солнечной системы существовать не может, но это совершенно неверно. Даже в начале нынешнего года насчитывается порядка 452 экзопланет, которые размещены в различных планетных системах. Тем более что все известные планеты имеют самые разнообразные размеры.

Они могут быть как карликовыми, так и огромными газовыми гигантами, которые имеют размер как звезды. Ученые упорно ищут планету, которая напоминала бы нашу Землю. Эти поиски пока не увенчались успехом, поскольку сложно найти планету, которая имела бы такие размеры и подобную по составу атмосферу. При этом для возможного зарождения жизни необходимы и оптимальные условия температуры, что также очень сложно.

Анализируя все явления изучаемых планет, позволило в начале 2000-х обнаружить подобную планету нашей, но все же она имеет значительно большие размеры, а оборот вокруг своей звезды она проделывает почти за десять суток. В 2007 году была открыта еще одна подобная экзопланета, но и она имеет большие размеры, а год на ней проходит за 20 суток.

Исследования космических явлений и экзопланет, в частности, позволило осознать астронавтам о существовании огромного количества других планетных систем. Каждая открытая система дает ученым новый объем работ на изучение, поскольку каждая система отличается от другой. К сожалению, еще несовершенные методы исследований не могут раскрыть нам все данные о космическом пространстве и его явлениях.

На протяжении почти 50 лет астрофизики занимаются изучением открытого в 60-х годах слабого радиационного излучения. Это явление называют микроволновым фоном космоса. Также это излучение часто обозначают в литературе как реликтовое излучение, которое осталось после большого взрыва. Как известно, этот взрыв и положил начало формированию всех небесных тел и объектов. Большинство теоретиков при отстаивании теории большого взрыва используют этот фон как доказательство своей правоты. Американцам удалось даже измерить температуру данного фона, которая составляет 270 градусов. Ученые после этого открытия были удостоены Нобелевской премии.

Говоря о космических явлениях, просто невозможно не упомянуть об антиматерии. Эта материя находится как бы в постоянном сопротивлении к обычному миру. Как известно, отрицательные частички имеют своего положительно заряженного близнеца. Также и антивещество имеет в противовес позитрон. За счет всего этого при столкновении антиподов происходит выброс энергии. Часто в научной фантастике встречаются фантастические идеи, в которых космические корабли имеют силовые установки, работающие за счет столкновения античастиц. Интересных подсчетов удалось достичь физикам, по которым при взаимодействии одного килограмма антиматерии с килограммом обычных частиц будет выделено такое количество энергии, которое сопоставимо с энергией взрыва очень мощной ядерной бомбы. Принято считать, что обычная материя и антиматерия имеют подобное строение.

В силу этого возникает вопрос о таком явлении, почему большинство космических объектов состоят из вещества? Логичным ответом было бы то, что где-то во Вселенной существуют такие же скопления антивещества. Ученые, отвечая на подобный вопрос, отталкиваются от теории большого взрыва, при котором в первые секунды возникла подобная асимметрия в распределении веществ и материи. Ученым в лабораторных условиях удалось получить небольшое количество антиматерии, которого достаточно для дальнейшего исследования. Нужно отметить, что полученное вещество является самым дорогим на нашей планете, поскольку один его грамм стоит 62 триллиона долларов.

Все приведенные выше космические явления являются самой малой частичкой всего интересного о космических явлениях, с которыми Вы можете ознакомиться на портале сайт. Мы также имеем много фотографий, видео и другой полезной информации о космическом пространстве.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физика в космосе

Подготовил

ученик 8"Б" класса

Семенихин Константин

Преподаватель: Неретина И.В.

Введение

1. Историческая справка

2. Физика в космосе

2.2 Инерция в космосе

2.3 Притяжение Луны Землёй

2.4 Температура в космосе

Заключение

Литература

Введение

Много тысяч лет назад, глядя на ночное небо, человек мечтал о полете к звездам. Шли века, человек приобретал все большую власть над природой, но мечта о полете к звездам оставалась все такой же несбыточной, как тысячи лет назад.

Средства для таких полетов, предлагавшиеся народной фантазией, были примитивны: колесница, влекомая орлами, крылья, прикрепленные к рукам человека. Предлагались разные средства для осуществления космического полета.

Писатели фантасты упоминали и ракеты. Однако эти ракеты были технически необоснованной мечтой. Ученые за многие века не назвали единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть могучую силу земного притяжения и унестись в межпланетное пространство.

1. Историческая справка

День 12 апреля 1961 г стал днём освоения космоса. В 9:07 по московскому времени со стартовой площадки №1 космодрома Байконур был запущен космический корабль "Восток-1" с первым в мире космонавтом на борту - Юрием Гагариным. Совершив один виток вокруг Земли и проделав путь в 41 тыс. км приземлился спустя 90 минут после старта, Первый полёт человека в космос управлялся с Земли, сам Гагарин являлся скорее пассажиром, хотя и великолепно подготовленным.

Нужно отметить, что условия полёта были далеки от тех, что предлагаются ныне космическим туристам: Гагарин испытывал восьми-десятикратные перегрузки, был период, когда корабль буквально кувыркался, а за иллюминаторами горела обшивка и плавился металл. В течение полёта произошло несколько сбоев в различных системах корабля, но к счастью, космонавт не пострадал.

2. Физика в космосе

2.1 Вращение Земли. Маятник Фуко

Более 500 лет назад польский астроном Николай Коперник впервые показал, что Земля вращается. Однако наглядно доказать это трудно. Хотя окружная скорость земной поверхности и достигает на экваторе огромной цифры - 465 метров в секунду, но мы не замечаем ее, так как сами вращаемся вместе с Землей. Важнейшее проявление вращения Земли - смена дня и ночи не являлось прямым подтверждением этого явления.

До Коперника предполагали, что Земля неподвижна, а вращаются миры, окружающие ее. Другие проявления вращения Земли, как, например, отклонение течения рек и искривление направления постоянных ветров, дующих в тропическом поясе, становятся заметными лишь при длительных наблюдениях и, очевидно, не могут наглядно подтвердить вращение Земли. Доказательство этого факта было дано спустя три столетия после открытия Коперника, когда Фуко в 1851 году подвесил свой маятник под куполом парижского Пантеона.

В 1931 году в Ленинграде, в здании бывшего Исаакиевского собора, также был установлен маятник Фуко. Этот маятник представляет собой тяжелый (54 кг) шар с длинным острием. Он подвешен на тонкой проволоке, которая укреплена под куполом собора на высоте 98 метров в стакане с шарикоподшипником, что не позволяет проволоке закручиваться. На полу, под маятником, расположены сектора, размеченные на градусы. Опыт Фуко основан на свойстве маятника сохранять все время одну и ту же плоскость качания, как бы ни поворачивалась опора его подвеса.

Перед началом опыта острие шара устанавливают над чертой сектора, обозначенной как О градусов, и, отведя шар в сторону, привязывают тонкой ниткой, которую затем пережигают. После этого маятник начинает качаться в неизменной плоскости с периодом колебаний в 20 секунд. Примерно через 5 минут сектор под маятником поворачивается на 1 градус против часовой стрелки, что и определяет направление и угловую скорость вращения Земли. Из приведенного описания легко установить основной недостаток опыта Фуко: демонстрировать его можно только в очень высоких помещениях, так как с уменьшением размеров маятника отклонение плоскости качания от начального положения за ограниченный промежуток времени становится все менее заметным.

Со дня первого опыта Фуко ученым не удалось предложить новых наглядных пособий и методов доказательства вращения Земли, хотя делались многочисленные попытки создать для этого специальные приборы. Упомянем хотя бы о многократно повторявшемся опыте падения тел с высоты, при котором тело отклоняется к востоку, то есть по направлению вращения Земли. Однако величина этого отклонения невелика. Например, при высоте 85 метров в средних широтах она составляет всего около 10 миллиметров. Таким образом, этот опыт для наглядной демонстрации непригоден. Изучение вращения Земли продолжает оставаться актуальным и для наших дней. Это необходимо для атеистической пропаганды, для астрономических наук, а в школах и институтах - для физических опытов. В течение ряда лет мы работали над созданием наглядных приборов, которые могли бы показать суточное вращение Земли. Приборы, сконструированные нами, отличаются от маятника Фуко в основном тем, что не отстают от вращающейся Земли, а обгоняют ее. Опишем кратко устройство некоторых из них.

Основным таким прибором является вращающийся маятник. Его главная часть - прямоугольная рамка, опирающаяся на два острия. Внутри рамки на горизонтальной оси может вращаться стержень с двумя равными грузами. В движение он приводится двумя пружинами. Для регистрации поворота прибора к рамке прикреплена стрелка. Чтобы привести прибор в действие, стержень вращают рукой до полного растяжения пружин. Затем он устанавливается горизонтально и привязывается к рамке тонкой ниткой. Через несколько секунд стрелка перестает дрожать, следовательно, прибор относительно вращающейся Земли не перемещается. Его пуск осуществляется простым пережиганием нитки. Под действием пружин стержень начинает вращаться, и через 15-20 секунд, как только он разовьет достаточное для преодоления трения в центрах рамки число оборотов, прибор обгоняет вращающуюся Землю. Наблюдатели регистрируют это движение по отклонению стрелки от начального положения. Таким образом, обнаруживается вращение Земли и направление этого движения против часовой стрелки. Весь процесс, включая завод маятника, занимает не более 4-5 минут.

Действие прибора основано на известном в физике законе сохранения момента количества движения в случае вращения тел. Согласно этому закону, произведение веса каждой частицы тела на расстояние от оси вращения и на скорость должно оставаться постоянным. В нашем приборе расстояние грузов на стержне от вертикальной оси имеет наибольшее значение при горизонтальном положении стержня, то есть в момент пережигания нити, и наименьшее значение в то время, когда он проходит через вертикаль. До пережигания нити стержень, участвуя во вращении Земли, имеет угловую скорость относительно вертикальной оси, равную скорости вращения Земли. После того как нить пережигается, расстояние грузов от вертикальной оси меняется, но остается всегда меньше, чем при пуске прибора. Поэтому такое уменьшение расстояния сопровождается увеличением угловой скорости грузов и всего прибора относительно Земли. В результате прибор обгоняет Землю и поворачивается вокруг вертикальной оси на некоторый угол, указываемый стрелкой. При высоте в 2400 миллиметров и весе 9 килограммов (в том числе вес грузов 3 килограмма) скорость вращения рамки прибора превышает скорость вращения Земли примерно в 15 раз. Это значит, что при непрерывном вращении стержня с грузами, например, от электродвигателя, рамка прибора на широте Ленинграда сделает в сутки полных 13 оборотов. При увеличении высоты до 3000 миллиметров с соответственным увеличением веса грузов скорость вращения прибора превысит скорость вращения Земли примерно в 25 раз, что еще более увеличит наглядность опыта. Вращающийся маятник выгодно отличается от маятника Фуко своими незначительными размерами, позволяющими устанавливать его в небольшом помещении, краткостью времени, в течение которого влияние суточного вращения Земли на прибор становится заметным наблюдателям, и, наконец, его невысокой стоимостью. Однако вращающийся маятник неудобен тем, что его необходимо заводить перед пуском.

Это может быть устранено заменой пружинного привода электродвигателем. Разработанный нами другой прибор - качающийся маятник - основан на принципе действия вращающегося маятника, но отличается от него отсутствием пружин. Кроме того одинаковые грузы в нем заменены грузами разного веса. Перед демонстрацией стержень с грузами также привязывают нитью к рамке, затем нить пережигают, и прибор действует аналогично вращающемуся маятнику. Его отличие от маятника Фуко заключается в том, что он имеет негибкий стержень, который может качаться лишь в плоскости рамы, поэтому вращение Земли вызывает вращение всей рамы в центрах, вокруг вертикальной оси. Вращающийся и качающийся маятники нашей конструкции установлены и демонстрируются в Московском планетарии. Следует отметить, что эти приборы позволяют непосредственно измерить силы, возникающие при движении всех тел на вращающейся Земле.

Для того чтобы выполнить такое измерение, на вертикальную ось рамки прибора в направлении против часовой стрелки наматывается нить, которая затем перекидывается через блок. К концу нити привязывается гиря весом в 5-10 граммов. Таким образом на оси маятника создается дополнительный момент сил, увеличивающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при работе прибора отклоняется на угол, значительно больший, чем при пуске без гири. Затем та же нить наматывается на ось в направлении по часовой стрелке, и создается момент сил, уменьшающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при этом отклоняется на угол, значительно меньший, чем при пуске с гирей в первом опыте. По разности углов отклонения стрелки и весу гири можно легко определить величину сил, возникающих от вращения Земли.

2.2 Инерция в космосе

Инерция - неотъемлемое свойство движущейся материи. Галилео Галилей первый объяснил явление инерции. Исаак Ньютон сформулировал "закон инерции": всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действия со стороны других тел не изменят этого состояния.

Если бы не было инерции.

Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция - выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна (d=3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит?

2.3 Притяжение Луны Землёй

В 1687 г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна - вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с Галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли. Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения. Если эта красивая история про яблоко - правда, то именно это яблоко было самым важным в истории науки.

Луна притягивается к Земле на 0,0013 м/сек. Но Луна также движется по инерции, на 1,3 мм/сек отдаляясь от земли. В результате движения складываются и Луна движется по траектории, близкой к окружности.

2.4 Температура в космосе

Температура - одно из фундаментальных понятий в физике, она играет огромную роль в том, что касается земной жизни любых форм. При очень высоких или очень низких температурах различные вещи могут вести себя очень странно. Предлагаем вам узнать о ряде интересных фактов, связанных с температурами.

Какая температура самая высокая?

Самая высокая температура, которую создал человек, составила 4 миллиарда градусов Цельсия. Трудно поверить, что температура вещества может достичь такого невероятного уровня! Эта температура в 250 раз выше температуры ядра Солнца.

Невероятный рекорд был поставлен в Естественной Лаборатории Брукхэвена в Нью-Йорке в ионном коллайдере, длина которого - около 4 километров. Ученые заставили столкнуться ионы золота, пытаясь воспроизвести условия Большого взрыва, создав кварк-глюонную плазму. В таком состоянии частицы, которые составляют ядра атомов - протоны и нейтроны, взрываются.

Самая низкая температура, которую удалось достичь в искусственных условиях - 100 пико Кельвинов или 0.0000000001 K. Чтобы добиться такой температуры, необходимо воспользоваться магнитным охлаждением. Также подобных низких температур можно добиться, используя лазеры.

При таких температурах материал ведет себя вовсе не так, как при обычных условиях.

Экстремальная температура в Солнечной Системе.

Температура среды в Солнечной системе отличается от той, к которой мы привыкли на Земле. Наша звезда Солнце невероятно горячая. В ее центре температура составляет около 15 миллионов Кельвинов, а поверхность Солнца имеет температуру всего около 5700 Кельвинов.

Температура в ядре нашей планеты составляет примерно столько же, сколько температура поверхности Солнца. Самая горячая планета Солнечной системы - Юпитер, температура ядра которого в 5 раз выше, чем температура поверхности Солнца.

Самая холодная температура в нашей системе зафиксирована на Луне: в некоторых кратерах в тени температура составляет всего 30 Кельвинов выше абсолютного нуля. Эта температура ниже, чем температура Плутона!

Самое холодное место в космосе.

Выше было сказано, что межзвездное пространство прогревается реликтовым излучением, а потому температура в космосе по Цельсию не опускается ниже минус 270 градусов. Но оказывается, могут существовать и более холодные участки. В 1998 году телескоп Хаббл обнаружил газо-пылевое облако, которое стремительно расширяется. Туманность, названная Бумерангом, образовалась вследствие явления, известного как звездный ветер. По оценкам ученых, температура в туманности Бумеранг составляет всего один градус по шкале Кельвина, или -272 °C. Это самая низкая температура в космосе, которую на данный момент удалось зафиксировать астрономам. Туманность Бумеранг находится на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли. Наблюдать ее можно в созвездии Центавра.

2.5 Реактивное движение. Импульс

Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении от тела его части с некоторой относительно тела скоростью.

При этом появляется так называемая реактивная сила, толкающая тело в сторону, противоположную направлению движения отделяющейся от него части тела.

Реактивное движение совершает ракета (рис. 1). Основной частью реактивного двигателя является камера сгорания. В одной из ее стенок имеется отверстие - реактивное сопло, предназначенное для выхода газа, образующегося при сгорании топлива. Высокая температура и давление газа определяют большую скорость истечения его из сопла.

космос физика луна инерция

До работы двигателя импульс ракеты и горючего был равен нулю, следовательно, и после включения двигателей геометрическая сумма импульсов ракеты и истекающих газов равна нулю:

где - масса и скорость выбрасываемых газов, - масса и скорость ракеты.

В проекции на ось Oy

скорость ракеты.

Эта формула справедлива при условии небольшого изменения массы ракеты.

Главная особенность реактивного движения состоит в том, что ракета может как ускоряться, так и тормозиться и поворачиваться без какого-либо взаимодействия с другими телами в отличие от всех других транспортных средств.

Если два человека будут находиться рядом, а потом один из них толкнет другого, то он не только придаст тому ускорение, но и сам отлетит назад. И чем сильнее он толкнет кого-либо, тем с большей скоростью отлетит сам.

Наверняка, вам приходилось бывать в подобной ситуации, и вы можете представить себе, как это происходит. Так вот, именно на этом и основано реактивное движение.

Ракеты, в которых реализован этот принцип, выбрасывают некоторую часть своей массы на большой скорости, вследствие чего сами приобретают некоторое ускорение в противоположном направлении.

Потоки раскаленных газов, возникающие в результате сгорания топлива, выбрасываются через узкие сопла для придания им максимально большой скорости. При этом, на величину массы этих газов уменьшается масса ракеты, и она приобретает некую скорость. Таким образом реализован принцип реактивного движения в физике.

Заключение

На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Самое, пожалуй, удивительное в современной физике-это неожиданная связь между космосом, где галактики и звездные скопления разбросаны подобно редким пылинкам, и тесным, исчезающе малым микромиром элементарных частиц. Два полюса мироздания! На одном огромная, расширяющаяся Вселенная, на другом-не видимые ни под каким микроскопом, почти эфемерные "кирпичики" вещества. И вот оказывается, что при определенных условиях Вселенная может обладать свойствами микрочастицы, а некоторые микрообъекты, возможно, содержат внутри себя целые космические миры. Во всяком случае, так говорит теория. Большое и малое, сложное и простое-здесь все переплелось. Как хитро устроена природа! Она как масштабная линейка, завязанная в узел. Поди разберись, где тут начало! Из чего состоят протон и нейтрон? Есть ли что-нибудь еще глубже, меньше? И вообще, может ли быть предел делимости материи? Что творилось в нашей Вселенной, когда она была еще совсем юной и ее размеры были в миллиарды миллиардов раз меньше атома? Что такое античастицы и существуют ли миры из антивещества? Масса вопросов, и каждый из них тянет за собой вереницу новых, про которые и самим ученым еще далеко не все ясно. Вселенная оказывается бесконечно многообразной, неисчерпаемой для исследователя…

"Здесь скрыты столь глубокие тайны и столь возвышенные мысли, что, несмотря на старания сотен остроумнейших мыслителей, трудившихся в течение тысяч лет, еще не удалось проникнуть в них, и радость творческих исканий и открытий все еще продолжает существовать". Эти слова, сказанные Галилеем три с половиной столетия назад, нисколько не устарели.

Литература

1. "Беседы по физике" М.И. Блудов

2. Изд. "Просвещение" 1984 г. "Космос у тебя дома" Ф. Рабиза

3. Изд. "Детская литература" 1984 г. Серия "100 человек, которые изменили ход истории"

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

История освоения космоса. Учёные-первопроходцы, занимающиеся его изучением и их открытия. Доказательство вращения Земли с помощью маятника Фуко. Использование явления инерции в космосе. Закон всемирного тяготения. Вращение космической системы Луна-Земля.

презентация , добавлен 13.12.2015


Рассмотрение истории развития и предметов исследования нанотехнологии, биофизики (физические аспекты существования живой природы), космической биологии, астробиологии (иные формы жизни в космосе) и геофизики (строение Земли с точки зрения физики).

реферат , добавлен 30.03.2010


Импульс тела и силы. Изучение закона сохранения импульса и условий его применения. Исследование истории реактивного движения. Практическое применение принципов реактивного движения тела в авиации и космонавтике. Характеристика значения освоения космоса.

презентация , добавлен 19.12.2012


Процессы, которые происходят при взаимодействии тел. Закон сохранения импульса, условия применения. Основа вращения устройства "сигнерова колеса". История проекта ракеты с пороховым двигателем. Технические характеристики корабля-спутника "Восток-1".

презентация , добавлен 06.12.2011


Изучение механических колебаний физиками и астрономами древности. Галилео Галилей - основоположник точного естествознания. Теория колебаний и маятниковые часы Христиана Гюйгенса. Опыт Фуко с маятником как доказательство вращения Земли вокруг своей оси.

презентация , добавлен 23.03.2012


Развитие физики. Материя и движение. Отражение объективной реальности в физических теориях. Цель физики - содействовать покорению природы человеком и в связи с этим раскрывать истинное строение материи и законы её движения.

реферат , добавлен 26.04.2007


Реактивное движение - движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. История создания реактивного двигателя, его основные элементы и принцип работы. Физические законы Циолковского, устройство ракеты-носителя.

презентация , добавлен 20.02.2012


Секрет летающей тарелки или противоречия в некоторых умах. Законы сохранения. Главные законы физики (механики): три Закона Ньютона и следствия из них - законы сохранения энергии, импульсов, моментов импульсов.

статья , добавлен 07.05.2002


Почему упало яблоко? В чем состоит закон тяготения? Сила всемирного тяготения. "Дыры" в пространстве и времени. Роль масс притягивающихся тел. Почему гравитация в космосе не такая, как на земле? Движение планет. Ньютоновская теория гравитации.

курсовая работа , добавлен 25.04.2002


Предмет и задачи механики – раздела физики, изучающего простейшую форму движения материи. Механическое движение - изменение с течением времени положения тела в пространстве относительно других тел. Основные законы классической механики, открытые Ньютоном.

«Задачи на сохранение импульса» - План решения задач на закон сохранения импульса. Решите самостоятельно. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Определите знаки проекций импульсов. Импульсы орудия и снаряда. Импульс системы точек. Какую скорость приобретёт лежащее на льду чугунное ядро. Какова скорость вагонов. Человек. Скорость вагонетки. Путь лодки.

«Метеостанция» - Изучение работы метеостанции. Замерительная рейка. Прибор. Закрытые излучатели. Атмосферное давление. Термометры. Результаты. Опросы. Флюгер. Барометр. Сообщения о погоде. Служба погоды. Психометрические таблички. Лента Гелиографа. Барограф. Анеморумбометр. Гигрометры внутри будки. Замеры температуры. Ледоскоп. Наблюдения по измерению скорости и направления ветра. Психометрическая будка. Гелиограф.

«Распространение звуковых волн» - Звуковые волны. Знания о звуке. Механические упругие волны. Источники звука. Звуковая волна. Причина появления звука. Скорость звука. Средство передачи информации. Вопрос. Что такое звук. Передача звука. С помощью речи люди общаются. Распространение звуковых волн. Объект. Звук является средством обмена информацией. Почему эхо не всегда можно услышать. Мир звуков. Звук. Звук обладает свойством огибать препятствия.

«Механика «Резонанс»» - Резонанс. Резонансная частота. Эффект резонанса. Струна. Резонансные явления. Ускорение свободного падения. Определение резонанса. Частота зависит от скорости. Частота главного резонанса. Механика. Скорость распространения волны.

«Задачи «Магнитное поле»» - Магнитная стрелка. Определить направление силы Ампера. Токи противоположных направлений. Электрические заряды. Правило левой руки. Направление силы. Определить направление тока. Картина магнитных линий прямого тока. Определить направление тока в проводнике. Изменится сила Ампера. Два параллельных проводника. Электрическое поле. Как будут взаимодействовать друг с другом два параллельных проводника.

«Камера Вильсона» - Назначение прибора. Устройство. Усовершенствование. Принцип роботы. Емкость. Камера Вильсона. Изобретатель прибора. Значение. Камера. Вильсон.