Слайд 10

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.

Слайд 11

В здании Пантеона в Париже Фуко подвесил маятник длиной 67 метров. Медный шар этого маятника весил 28 килограммов. Когда маятник в Пантеоне был запущен, то через несколько минут было обнаружено, что плоскость качания маятника изменилась, её ближайшая к наблюдателю сторона передвинулась по часовой стрелке с востока на запад. На самом же деле плоскость качания маятника осталась прежней. За это время повернулась Земля с запада на восток. Подобный маятник есть и в Санкт-Петербурге в Исаакиевском соборе, длина этого маятника равна 98 метрам.

Слайд 12

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

Слайд 13

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.

Слайд 14

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?

Слайд 15

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.

Слайд 16

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/с2. Луна удалена от Земли на расстояние, равное примерно 60 земным радиусам. Следовательно, ускорение на этом расстоянии будет: 9,8 м/с2: 602 = 0,0027 м/с2 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.

Слайд 17

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.

Слайд 18

С какой силой Земля притягивает Луну можно определить по формуле, выражающей закон тяготения: Где G – гравитационная постоянная ( 6,7*10-11 Н*м2*кг), m1и m2 – массы Земли и Луны, r – расстояние между ними. Земля притягивает Луну с силой около 2*1020Н 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.

Слайд 19

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. .

Слайд 20

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.

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.

Слайд 21

Но вернёмся в космос. Проделанный опыт имеет прямое отношение к системе Земля-Луна. Роль стержня от шариковой ручки, который связывает шарики в нашем опыте, играет притяжение Луны к Земле и Земли к Луне. Центр масс этой космической системы Земля-Луна находится внутри земного шара на расстоянии 4700 км от геометрического центра Земли. За полный оборот Луны вокруг Земли геометрический центр Земли тоже делает один полный оборот вокруг центра масс системы Земля-Луна.

Слайд 22

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.

Слайд 23

Спасибо за внимание!

Слайд 24

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”

Посмотреть все слайды

Космическая физика – наука, изучающая космические излучения за пределами атмосферы планеты. Данное направление является для НИИЯФ МГУ основным. Исследования проводятся на искусственных спутниках Земли, Международной космической станции и автоматических межпланетных станциях.

Исследования в этой области важны не только с точки зрения фундаментальной науки для понимания возникновения и строения Вселенной, а также протекающих в ней процессов, но и для развития прикладных радиационных моделей, необходимых как для увеличения сроков активного существования космических аппаратов и снижения радиационной опасности пилотируемых полетов, так и для предотвращения нежелательных наземных проявлений космофизических явлений.

3 ноября 1957-го года сотрудники НИИЯФ МГУ стали первыми в мире, кто отправил в космос научный прибор. Он был установлен на второй искусственный спутник Земли, на котором также полетело первое живое существо – собака Лайка. С тех пор научные приборы, разработанные и изготовленные в НИИЯФ МГУ, были установлены на более чем 240 искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях, направлявшихся к Луне, Венере и Марсу. За это время с помощью научных приборов учеными института удалось получить ряд результатов мирового уровня, среди которых - открытие радиационных поясов (внешней зоны радиации), Южно-Атлантической (Бразильской) аномалии в распределении захваченных частиц на малых высотах; исследования структуры, химического состава и динамики радиационных поясов и кольцевого тока.

В настоящее время НИИЯФ МГУ проводит экспериментальные исследования радиации и космических лучей практически во всей области околоземного пространства: на геостационарной орбите (спутники серии «Экспресс»), на высокоэллиптической орбите (спутники серии «Молния»), на низких орбитах (спутники серии «Метеор», Международная космическая станция). В июле 2014 года состоялся успешный запуск на околоземную орбиту малого космического аппарата для фундаментальных космических исследований с установленной на борту собственной научной аппаратурой «РЭЛЕК», предназначенной для исследования релятивистских электронов радиационных поясов и их возможной связи с высотными электрическими разрядами. В конце 2014 года планируется запуск собственной научной аппаратуры «НУКЛОН» для исследования галактических космических лучей в диапазоне энергий 10 11 -10 15 эВ, а в 2015 году - университетского спутника «Ломоносов» для глобального продолжения исследований экстремальных процессов в ближнем и дальнем космосе, начатого на спутниках «Университетский-Татьяна» (2005) и «Университетский-Татьяна-2» (2009). Для получения и обработки информации о радиационной обстановке в космическом пространстве, а также прогнозирования ее изменений, в НИИЯФ МГУ создан Центр космического мониторинга, куда поступает информация со всех российских спутников и целого ряда зарубежных космических аппаратов (ACE, SDO, SOHO, GOES).

Исследуются радиационные эффекты в бортовой электронике космического корабля, разрабатываются методы прогнозирования радиационно-индуцированных отказов бортовой электроники.

Один из первых в мире научных приборов, отправленных в космос (запуск состоялся 3 ноября 1957 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Первый университетский спутник «Университетский-Татьяна» для исследования транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли (2005 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Второй университетский спутник «Университетский-Татьяна-2» для исследования транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли (2009 г.). Разработан и изготовлен в НИИЯФ МГУ

Научная аппаратура «РЭЛЕК» (Релятивистские ЭЛЕКтроны) для изучения высотных электрических разрядов, атмосферных транзиентных явлений, «высыпаний» релятивистских электронов из радиационных поясов Земли (2014 г.). Участники: Россия (прежде всего НИИЯФ МГУ), Украина, Польша, Венгрия, Корея. Установлена на спутнике «Вернов»

Научная аппаратура «НУКЛОН» для исследования галактических космических лучей. Разработана и изготовлена в НИИЯФ МГУ. Установлена на спутнике «Ресурс-П» №2

Университетский спутник «Ломоносов» для исследования космический лучей предельно высоких энергий и быстропротекающих процессов в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах длин волн, происходящих в верхних слоях атмосферы Земли и во Вселенной. Участники: Россия (прежде всего НИИЯФ МГУ), США, Корея, Дания, Испания, Мексика, Тайвань

Центр космического мониторинга, куда поступает информация с российских спутников и целого ряда зарубежных космических аппаратов. Создан в НИИЯФ МГУ для получения и обработки информации о радиационной обстановке в космическом пространстве, а также прогнозирования ее изменений

Сервера Центра космического мониторинга НИИЯФ МГУ

Эта популярная книга излагает в общедоступной форме вопросы физики и астрономии, так или иначе связанные с завоеванием космоса. Научное содержание книги богато и разнообразно. Автор обладает широкой и разносторонней эрудицией и вводит читателя в курс современного состояния науки. Уровень изложения не требует от читателя специальной подготовки. Книга написана ясным языком и прекрасно иллюстрирована. Она будет интересна и полезна широкому кругу читателей, в том числе школьникам старших классов.

Физика как наука о природе призвана помочь человеку в достижении великой цели: досконально изучить природу, проникнув в ее сокровеннейшие уголки и охватив весь огромный мир в целом. Физика не ставит границ нашему познанию мира и не отшатывается от необычайного. Для нее существует лишь один авторитет — реальные факты и явления, наблюдаемые человеком. Свободная от идолопоклонства и условностей, физика использует абсолютно все возможности разума и признает только те законы природы, которые можно установить при помощи наблюдений и эксперимента. Поэтому физические законы — это та же действительность, но выраженная в наиболее четкой форме. С течением времени стало ясно, что законы физики образуют единое большое целое. Уже давно поле деятельности физики не ограничивают стены лаборатории и стол экспериментатора. При помощи спектрографов, мощных телескопов и искусственных спутников физика проникает в глубины Вселенной. Эта наука поразительно любопытна. Космонавты — посланцы советских и американских ученых — ныне уже исследуют тайны космоса за пределами Земли. Разумеется, в этом деле нельзя проявлять легкомыслие и бросаться в космический океан без достаточной подготовки.

Поэтому физические условия в космическом пространстве скрупулезно изучаются с поверхности Земли со всей возможной точностью. Давайте и мы познакомимся с теми закономерностями, которые господствуют в космосе. Но правильно понять их мы сможем только в том случае, если основательно разберемся в некоторых основных физических законах, так как именно в понимании вещей, кажущихся очевидными, за последние десятилетия произошли кое-какие изменения.

Кроме того, автору хотелось бы сделать изучение физики возможно доступнее для любознательных. Для этого мы постараемся показать на конкретных примерах, как можно объяснить во всех деталях действующие в космосе закономерности, и применить общие физические законы для решения чисто «космических» вопросов. При этом мы умышленно будем избегать гораздо более «простого» способа, который заключается в преподнесении читателю готовых результатов и ошеломляющих цифр. Читатель, который действительно хочет понять суть дела, должен не слепо доверять печатному тексту, а самостоятельно сделать расчет и убедиться, что все правильно. В большинстве случаев для этого не потребуется высшей математики.