МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО АСТРОНОМИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ НАГЛЯДНЫХ ДЕМОНСТРАЦИЙ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
методическая разработка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное автономное

профессиональное образовательное

учреждение  Саратовской области

«Балаковский промышленно-транспортный

техникум им. Н.В.  Грибанова»

МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ ПО  АСТРОНОМИИ  

К  ВЫПОЛНЕНИЮ НАГЛЯДНЫХ

ДЕМОНСТРАЦИЙ ЗАКОНОВ

ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ  СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ 

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВСЕХ

СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И ПРОФЕССИЙ

Балаково

2019

       Цель работы: с помощью наглядных демонстраций исследовать законы  движения планет солнечной системы, их взаимного расположения относительно Солнца и сравнительных размеров.

ВВЕДЕНИЕ

Все учения Аристотеля говорят о том, что жизнь – это движение. А в чем состоит смысл этого движения? У каждого человека должен быть смысл жизни, то, ради чего стоит достойно жить, развиваться, к чему стремиться. Чем раньше придет осознание этого, тем удачнее и счастливее станет будущее. Всем известна пословица «Под лежачий камень вода не течет». Смысл ее легко перенести на будничную жизнь обычного человека. Простой пример: если стоять все время на одном месте, то естественным образом не удастся никуда дойти. Так почему движение - это жизнь? Потому что все, что происходит вокруг нас, не возникло просто так из ниоткуда. Все, чего мы достигли или не достигли в своей жизни, является результатом движения или, наоборот, бездействия. Важно понимать, что движение может быть не только в виде какого-то физического действия, но также в виде духовного и умственного развития. От движения зависят все сферы жизни человека, начиная от карьеры и заканчивая духовным равновесием. Жизнь и движение, сила воли – важная составляющая успеха. Благодаря желанию познавать что-то новое, расширить горизонты познания можно достичь небывалых высот. Определенно, чтобы в жизни происходили какие-нибудь изменения, необходимо совершать действия, таким образом, появится и сама жизнь. Хорошей мотивацией является правильно поставленная цель. Важно во что бы то ни стало идти к ней. Для этого у человека должен быть стержень и сила воли. Можно вспомнить маленьких детей, которые только осваивают ходьбу. Они падают, поднимаются, снова идут. Если подняться не получается, то продолжают двигаться ползком. Именно благодаря этому огромному необъяснимому желанию, стремлению познавать что-то новое, преодолевать препятствия и осваивать новые навыки каждый маленький человечек на подсознательном уровне учится ходить.

Благодаря космическим программам по освоению Солнечной системы, человек перестал чувствовать себя ограниченным пределами нашей планеты, получил принципиальную возможность достижения других планет. Создание более совершенных ракетно-космических средств способствует развитию науки планетологии, которая играет все более важную роль в решении таких актуальных проблем как: сырьевая, энергетическая, экологическая и др. Астрономия позволяет проверять и подтверждать законы физики, открытые на Земле, на других планетах Солнечной системы. Поэтому необходимо дать обучающимся представления о взаимосвязи физики и астрономии, показать универсальность физических законов, действующих в самых разнообразных условиях, в том числе и в не воспроизводимых на Земле.

СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Солнечная система – это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В нее входят: центральная звезда – Солнце, 8 больших планет с их спутниками, несколько тысяч малых планет, или астероидов, несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел, пыли, газа и мелких частиц. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд. лет назад. 

Основные закономерности, наблюдаемые в строении, движении, свойствах Солнечной системы:

• орбиты всех планет (кроме орбиты Плутона) лежат практически в одной плоскости, почти совпадающей с плоскостью солнечного экватора;
• все планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам в одном и том же направлении, совпадающем с направлением вращения Солнца вокруг своей оси;
• направление осевого вращения планет (за исключением Венеры и Урана) совпадает с направлением их обращения вокруг Солнца.

• суммарная масса планет в 750 раз меньше массы Солнца (почти 99,9% массы Солнечной системы приходится на долю Солнца), однако на их долю приходится 98% суммарного момента количества движения всей Солнечной системы.

Планеты делятся на две группы, резко различающиеся между собой по строению, физическим свойствам, - планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

СОЛНЦЕ И МАЛЫЕ ТЕЛА ЕГО СИСТЕМЫ

Солнце – это звезда, без которой не могло бы существовать жизни на Земле. Она дает нам энергию и тепло. Согласно классификации звезд, Солнце – желтый карлик. Возраст около 5 млрд. лет. Имеет диаметр на экваторе равный 1 392 000 км, в 109 раз больше земного. Период вращения на экваторе – 25,4 дня и 34 дня у полюсов. Масса Солнца 2х10 в 27 степени тонн, примерно в 332950 раз больше массы Земли. Температура внутри ядра примерно 15 млн. градусов Цельсия. Температура на поверхности около 5500 градусов Цельсия. По химическому составу Солнце состоит из 75% водорода, а из прочих 25% элементов больше всего гелия. Теперь по порядку разберемся, сколько планет вращается, в солнечной системе и характеристики планет.

Планеты, которые находятся ближе всего к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс) сильно отличаются от последующих четырех. Они называются планетами земного типа, так как, подобно Земле, состоят из твердых пород. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, называются планетами-гигантами и состоят в основном из водорода.

Церера - это название самого крупного астероида, диаметр которого около 1000 км. Это глыбы с поперечниками, которые не превышают в размере нескольких километров. Большая часть астероидов вращаются вокруг Солнца в широком «астероидном поясе», который находится между Марсом и Юпитером. Орбиты некоторых астероидов выходят далеко за пределы этого пояса, а иногда приближаются близко к Земле. Эти астероиды нельзя увидеть невооруженным глазом, потому что их размеры слишком малы, и они очень от нас удалены. Но другие обломки - например, кометы - могут быть видимы в ночном небе благодаря своему яркому сиянию.

Кометы - это небесные тела, которые состоят изо льда, твердых частиц и пыли. Большую часть времени комета движется в дальних участках нашей Солнечной системы и невидима для глаза человека, но когда она приближается к Солнцу, то начинает светиться. Это происходит под воздействием солнечного тепла.

Метеориты - это крупные метеорные тела, которые достигают земной поверхности. Из-за столкновения с Землей огромных метеоритов, в далеком прошлом, образовались огромные кратеры на ее поверхности. Почти миллион тонн метеоритной пыли ежегодно оседает на Земле.

ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

К числу общих закономерностей планет земной группы относятся следующие:

• все планеты произошли из единого газопылевого облака (туманности);
• приблизительно 4,5 млрд. лет назад под влиянием быстрого накопления тепловой энергии внешняя оболочка планет претерпела полное расплавление;
• в результате остывания внешних слоев литосферы образовалась кора. На раннем этапе существования планет произошла дифференциация их вещества на ядро, мантию и кору;
• индивидуально происходило развитие внешней области планет. Важнейшим условием здесь является наличие или отсутствие у планеты атмосферы и гидросферы.

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета солнечной системы. Расстояние от Меркурия до Солнца всего лишь 58 млн. км. Меркурий - яркое светило, но увидеть его на небе не так просто. Находясь вблизи Солнца, Меркурий всегда виден для нас недалеко от солнечного диска. Поэтому его можно увидеть только в те дни, когда он отходит от Солнца на самое большое расстояние. Было установлено присутствие у Меркурия сильно разряженной газовой оболочки, состоящей главным образом из гелия. Эта атмосфера состоит в динамическом равновесии: каждый атом гелия находится в ней около 200 дней, после чего покидает планету, его же место занимает другая частица из плазмы солнечного ветра. Меркурий гораздо ближе к Солнцу, чем Земля. Поэтому Солнце на нем светит и греет в 7 раз сильнее, чем у нас. На дневной стороне Меркурия страшно жарко, температура там поднимается до 4000 выше нуля. Зато на ночной стороне всегда сильный мороз, который, вероятно, доходит до 2000 ниже нуля. Одна его половина - горячая каменная пустыня, а другая половина - ледяная пустыня, покрытая замерзшими газами.

Венера - вторая по близости к Солнцу планета, почти такого же размера, как Земля, а её масса более 80% земной массы. По этим причинам Венеру называют близнецом или сестрой Земли. Однако поверхность и атмосфера этих двух планет совершенно различны. На Земле есть реки, озера, океаны и атмосфера, которой мы дышим. Венера - обжигающе горячая планета с плотной атмосферой, которая была бы губительной для человека. Венера получает от Солнца в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля, с теневой стороны на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи. Планета имеет очень плотную, глубокую и облачную атмосферу, не позволяющую увидеть поверхность планеты. Спутников планета не имеет. Температура около 750 К по всей поверхности и днем, и ночью. Причина столь высокой температуры у поверхности Венеры - парниковый эффект: солнечные лучи легко проходят сквозь облака ее атмосферы и нагревают поверхность планеты, но тепловое инфракрасное излучение самой поверхности выходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (CO2) - 97%. В виде малых примесей обнаружены соляная и плавиковая кислота. Днем поверхность планеты освещена рассеянным солнечным светом примерно с такой интенсивностью, как в пасмурный день на Земле. Ночью на Венере замечено много молний. Венера покрыта твердыми породами. Под ними циркулирует раскаленная лава, вызывающая напряжение тонкого поверхностного слоя. Лава постоянно извергается из отверстий и разрывов в твердых породах.

На поверхности Венеры обнаружена порода, богатая калием, ураном и торием, что в земных условиях соответствует составу вторичных вулканических пород. Таким образом, поверхностные породы Венеры оказались такими же, как на Луне, Меркурии и Марсе, излившимися магматическими породами основного состава. О внутреннем строении Венеры известно мало. Вероятно, у нее есть металлическое ядро, занимающее 50% радиуса. Но магнитного поля у планеты нет из-за ее очень медленного вращения.

Земля - третья от Солнца планета Солнечной системы. По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км², из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Благодаря своим уникальным условиям Земля стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь. Примерно 3,5 млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни. Homo sapiens (Человек разумный) как вид появился примерно полмиллиона лет назад. Период обращения вокруг Солнца составляет 365 дней, при суточном вращении - 23 ч. 56 мин. Ось вращения Земли расположена под углом в 66.5º. Атмосфера Земли состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода. Наша планета окружена обширной атмосферой. В соответствии с температурой составом и физическими свойствами атмосферы можно разделить на разные слои. Тропосфера - это область, лежащая между поверхностью Земли и высотой в 11 км. Это довольно толстый и густой слой, содержащий большую часть водяных паров, находящихся в воздухе. В ней имеют место почти все атмосферные явления, которые непосредственно интересуют жителей Земли. В тропосфере находятся облака, атмосферные осадки и т.д. Слой отделяющий тропосферу от следующего атмосферного слоя - стратосферы, называется тропопауза.Здесь весьма низкие температуры.

Луна - естественный спутник Земли и ближайшее к нам небесное тело. Среднее расстояние до Луны - 384000 километров, диаметр Луны около 3476 км. Не будучи защищена атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до +110 С, а ночью остывает до -120° С. Происхождение Луны - предмет ряда гипотез. Одна из них основана на теориях Джинса и Ляпунова - Земля вращалась очень быстро и сбросила часть своего вещества, другая - на захвате Землей пролетавшего небесного тела. Наиболее правдоподобна гипотеза столкновения Земли с планетой, масса которой соответствует массе Марса, происшедшего под большим углом, в результате которого образовалось огромное кольцо из обломков, что и составило основу для Луны. Она образовалась вблизи Солнца за счет ранних дометаллических конденсатов при высоких температурах.

Марс - четвертая планета Солнечной системы. По диаметру он почти вдвое меньше Земли и Венеры. Среднее расстояние от Солнца составляет 1,52 а.е. Имеет два спутника - Фобос и Деймос. Планета окутана газовой оболочкой - атмосферой, которая имеет меньшую плотность, чем земная. По составу она напоминает атмосферу Венеры и содержит 95,3% углекислого газа с примесью 2,7% азота. Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле около -40° С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С. Но зимней ночью мороз может достигать -125° С. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло. Над поверхностью планеты дуют сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Водяного пара в атмосфере Марса совсем немного, но при низких давлении и температуре он находится в состоянии, близком к насыщению, и часто собирается в облака. Марсианское небо в ясную погоду имеет розоватый цвет, что объясняется рассеянием солнечного света на пылинках и подсветкой дымки оранжевой поверхностью планеты. Поверхность Марса, на первый взгляд, напоминает лунную. Однако на самом деле его рельеф отличается большим разнообразием. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов.

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

Планеты-гиганты - четыре планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Эти планеты, имеющие ряд сходных физических характеристик, также называют внешними планетами. В отличие от планет земной группы, все они являются газовыми планетами, обладают значительно большими размерами и массами, более низкой плотностью, мощными атмосферами, быстрым вращением, а также кольцами (в то время как у планет земной группы таковых нет) и большим количеством спутников. Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников. До недавнего времени Юпитер был рекордсменом по количеству известных спутников в Солнечной системе — у него открыто 79 спутников. Второе место занимал Сатурн c 62 спутниками, далее шли ледяные гиганты Уран (27), Нептун (14) и карликовая планета Плутон (5). Чуть больше десяти тел Солнечной Системы обладают двумя спутниками, а одним — более сотни объектов. 7 октября 2019 года группа астрономов во главе со Скоттом Шеппардом (Scott S. Sheppard) сообщила об обнаружении 20 новых спутников, вращающихся вокруг Сатурна, что увеличивает их общее число до 82, тем самым делая Сатурн рекордсменом по количеству спутников. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна. Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей, так как они состоят в основном из водорода и гелия. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения, углеводороды (этан, ацетилен), а также различные соединения, содержащие фосфор и серу, окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и желтые цвета. Таким образом, по своему химическому составу планеты-гиганты резко отличаются от планет земной группы. В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление необычных агрегатных состояний водорода связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину.

На долю планет гигантов приходится 99,5% всей массы солнечной системы (исключая Солнце). Из четырех гигантских планет лучше всего изучен Юпитер, самая большая и ближайшая из этой группы к Солнцу планета. Он в 11 раз больше 3емли по диаметру и в 300 раз по массе. Период его обращения вокруг Солнца почти 12 лет. Поскольку планеты-гиганты сильно удалены от Солнца, их температура (по крайней мере над их облаками) очень низка: на Юпитере - 145°С, на Сатурне - 180°С, на Уране и Нептуне еще ниже. Средняя плотность Юпитера 1,3 г/см3, Урана 1,5 г/см3, Нептуна 1,7 г/см3, а Сатурна даже 0,7 г/см3, то есть меньше, чем плотность воды. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных. Единственным в своем роде образованием в солнечной системе является плоское кольцо толщиной несколько километров, окружающее Сатурн. Оно расположено в плоскости экватора планеты, которая наклонена к плоскости его орбиты на 27°. Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг Солнца кольцо видно нам то довольно раскрытым, то точно с ребра, когда его можно разглядеть в виде тонкой линии лишь в большие телескопы. Ширина этого кольца такова, что по нему, будь оно сплошное, мог бы катиться земной шар.

ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ

Все небесные тела пребывают в движении, Земля не исключение. Причем у нее одновременно происходит осевое движение и движение вокруг Солнца. Чтобы наглядно представить движение Земли, достаточно взглянуть на волчок, одновременно вращающийся вокруг оси и быстро перемещающийся по полу. Если бы этого движения не было, Земля не была бы пригодной для жизни. Так, наша планета без вращения вокруг своей оси была бы постоянно повернута к Солнцу одной своей стороной, на которой температура воздуха достигала бы +100 градусов, и вся имеющаяся на этом участке вода превратилась бы в пар. На другой же стороне температура была бы постоянно минусовая и всю поверхность этой части покрывали льды. Вращение вокруг Солнца следует по определенной траектории – орбите, которая установилась за счет притяжения Солнца и скорости движения нашей планеты. Если бы притяжение было в несколько раз сильнее или скорость значительно ниже, то Земля упала на Солнце. А если бы притяжение исчезло или сильно уменьшилось, то планета, ведомая своей центробежной силой, улетела по касательной в космос. Это было бы подобно тому, как если предмет, привязанный на веревку, вращать над головой, а затем резко отпустить. Траектория движения Земли имеет форму эллипса, а не идеального круга, а расстояние до светила неодинаково в течение года. В январе планета подходит к точке, находящейся ближе всего к светилу, – она называется перигелием – и отстоит от светила на 147 млн. км. А в июле Земля отдаляется от солнца на 152 млн. км, подходя к точке, называемой афелием. За среднее расстояние принимают 150 млн. км, это астрономическая единица измерения расстояния в астрономии. Земля движется по своей орбите с запада на восток, что соответствует направлению «против часовой стрелки».

Скорость вращения Земли вокруг Солнца определяется следующим образом. На 1 оборот вокруг центра Солнечной системы Земле требуется 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд (1 астрономический год). Но для удобства за календарный год принято считать 365 дней, а оставшееся время «накапливается» и добавляет по одному дню к каждому високосному году. Орбитальное расстояние равно 942 млн. км. Исходя из расчетов, скорость Земли составляет 30 км в секунду или 107000 км/час. Для людей она остается незаметной, поскольку все люди и предметы движутся одинаково в системе координат. А между тем она очень большая. Для примера, наибольшая скорость гоночного автомобиля равна 300 км/час, что в 365 раз медленнее скорости Земли, несущейся по своей орбите. Однако величина в 30 км/с непостоянна в связи с тем, что орбита представляет собой эллипс. Скорость движения нашей планеты в течение всего пути несколько колеблется. Наибольшая разница достигается при прохождении точек перигелия и афелия и составляет 1 км/с. Т. е. принятая скорость 30 км/с является средней.

Вращение Земли вокруг своей оси. Земная ось – условная линия, которую можно провести от северного к южному полюсу. Она проходит под углом в 66°33 относительно плоскости нашей планеты. Одно обращение происходит за 23 часа 56 минут и 4 секунды, это время обозначается звездными сутками. Главный результат осевого вращения – смена дня и ночи на планете. Кроме того, за счет этого движения: Земля имеет форму со сплюснутыми полюсами; тела (течение рек, ветер), движущиеся в горизонтальной плоскости, несколько смещаются (в Южном полушарии – влево, в Северном – вправо). Скорость осевого движения на разных участках значительно отличается. Самая высокая на экваторе – 465 м/с или 1674 км/час, она называется линейной. Такая скорость, например, в столице Эквадора. На участках севернее или южнее экватора скорость вращения снижается. К примеру, в Москве она почти в 2 раза ниже. На самих же полюсах скорость равна нулю, то есть полюса – единственные части планеты, находящиеся без движения относительно оси. Именно расположение оси под определенным углом определяет смену времен года. Находясь именно в таком положении, разные области планеты получают неодинаковое количество тепла в разное время. Если бы наша планета располагалась строго вертикально относительно Солнца, то времен года не было совсем, поскольку освещенные светилом в дневное время северные широты получали столько же тепла и света, сколько и южные широты. На осевое вращение влияют следующие факторы: сезонные изменения (осадки, движение атмосферы); приливные волны против направления осевого движения. Эти факторы тормозят планету, вследствие чего уменьшается ее скорость. Показатель этого уменьшения очень мал всего 1 секунда за 40000 лет, однако, за 1 млрд. лет сутки удлинились с 17-и до 24-х часов. Движение Земли продолжают изучать по сей день. Эти данные помогают составить более точные звездные карты, а также определить связь этого движения с природными процессами на нашей планете.

    ВЫЧИСЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ

Орбитальная скорость Земли определяется как линейная при движении по окружности:  Ʋ=ωR, где   ; R – среднее расстояние от солнца до Земли, T – период обращения Земли вокруг Солнца, следовательно  Ʋ =   ,   R=150000000 км

T=365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд (1 астрономический год) =8765ч48мин46с=525948мин46с=31556906с

Ʋ =  =  = 29,85 км/с = 107463 км/час

Угловая скорость вращения Земли определяет то, как быстро изменяется угол с течением в времени.  Так как один полный оборот соответствует углу в 360о или 2π, а время, за которое он совершается есть период Т, то угловую скорость можно выразить как:                                                           ω=2π/Т

Мы знаем, что в сутках 24 часа, а, следовательно, можно предположить, что период обращения Земли вокруг своей оси Т составит так же 24 часа. Но не торопитесь переводить это время в секунды и подставлять в уравнение, записанное выше. Так как Земля вращается еще вокруг солнца, то период обращения её вокруг собственной оси будет немного короче привычных нам солнечных суток и составит 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это так называемые звездные сутки. В пересчете на секунды мы получаем: Т=86164 с.

Расчет угловой скорости Земли, при суточном вращении, определяется по формуле:    , где T – время полного оборота, T = 23 часа 56 мин 4 с = 86164 с , следовательно  ω = 2π/Т = 0,00007292115078 с-1

Так как угловая скорость ω = 2π/Т, то мы можем смело записать:

                                                           V=ωR

Радиус земли на экваторе R = 6378245 м, а значит линейная скорость там будет равна:

                                    V=0,00007292115078 ·6378245≈465 м/с

Если перевести эту величину в километры в час, то получится 1674 км/ч!!! Приличная скорость. Но это на экваторе, где-нибудь в жаркой Африке, центральной её части. Ближе к полюсам значение будет ниже. Так, к примеру, для Санкт-Петербурга линейная скорость будет  уже в два раза меньше экваториальной, всего 837 км/ч, а на полюсах и вовсе 0 км/ч.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

         Модель планетной системы (МПС) предназначена для демонстрации законов движения планет солнечной системы, их взаимного расположения относительно Солнца и сравнительных размеров. Прибор - работает от сети переменного тока U= 220 В. 

          Модель планетной системы состоит из пластмассового корпуса, внутри которого крепится основание с электродвигателем. В центре основания на оси смонтировано устройство из пяти трубок, запрессованных в ведомые шкивы. Шкивы посредством круглых ремней соединены со ступенчатым шкивом привода. На центральную ось и трубки насажены втулки со штангами, несущими модели планет Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, расположенных в последовательности. Механизм привода прибора закрыт пластмассовой крышкой. На верхней и боковой поверхностях крышки прибора крепятся две шкалы: временная, с указанием месяцев года, с ценой деления 5 дней; гелиоцентрических долгот, с ценой деления 5°. Работа прибора основана на воспроизведении гелиоцентрических движений - планет, что позволяет проводить демонстрации движений планет с сохранением их синодических и сидерических периодов обращения! 

         Прибор может работать от электродвигателя СД-54 или ДКВ-2,52/2. При включении прибора в электрическую сеть начинает вращаться вал электродвигателя, на котором закреплено зубчатое колесо, находящееся в  зацеплении с зубчатыми колесами моделей. Шкив через ременные передачи приводит в движение ведомые шкивы моделей Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна. Модель Меркурия приводится в движение через зубчатую передачу. Движение моделей планет взаимосвязано; при этом каждая планета имеет свою скорость обращения вокруг имитатора Солнца. 

Периоды обращения моделей планет вокруг имитатора Солнца. За один оборот Земли вокруг имитатора Солнца другие модели планет должны совершать: модель Меркурия - 4,108 оборота » (~ 1485°) ± 0,616 оборота, модель Венеры - 1,625 » (~ 580°) ± 0,24 оборота, модель Марса - 0,531'» (~ 195°) ± 0,08 оборота, модель Юпитера - 0,084 » (~ 30°) ± 0,013 оборота, модель Сатурна - 0,037 » (~ 13°) ± 0,05 оборота. 
         Одно деление на штангах, несущих модели планет Юпитера и Сатурна, соответствует одной астрономической единице (150 млн. км). Диаметры планет, диаметры моделей планет, удаленность планет от Солнца и удаленность моделей планет от имитатора Солнца указаны в таблице. Расстояния моделей планет Урана и Нептуна, указанные в скобках, показывают, как их следует устанавливать при демонстрации. 

           В комплект прибора входят модели Урана и Нептуна, смонтированные на отдельных подставках и предназначенные для демонстрации их размеров и расположения относительно Солнца. 

НАГЛЯДНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИИ

ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ

           Модель планетной системы позволяет провести ряд следующих демонстраций. 
    Демонстрация I. Рассмотрение порядка расположения планет относительно Солнца. 
    Расположив модели планет в один ряд, обучающиеся перечисляют их названия, начиная от близлежащих к Солнцу, и обращают внимание на характерную для каждой планеты окраску и наличие спутников (количества). 

     Демонстрация 2. Определение расстояний планет от Солнца. 

 Обучающимся предлагается оценить удаленность планет от Солнца в астрономических единицах, используя черно-белую окраску несущих штанг, особенно Урана и Нептуна. 

      Демонстрация 3. Сравнение размеров планет. 

  Обучающимся предлагается провести глазомерную оценку диаметров планет по сравнению с диаметром Земли. Полученные результаты сравнивают с табличными значениями размеров планет (Приложение 1). Обратить внимание на размер модели Солнца.
    Демонстрация 4. Конфигурация планет. 

      Конфигурациями планет называют некоторые характерные взаимные расположения Земли и Солнца, планет внутренних и внешних. Внутренние планеты - орбиты которых лежат внутри земной орбиты. Остальные планеты - внешние. На рисунке (Приложение 2) в виде примеров изображены конфигурации внутренней планеты Венеры и внешней планеты Марс. Для Венеры показаны следующие конфигурации: В4 - нижнее соединение - Земля, Венера, Солнце лежат на одной линии (эти планеты имеют одну гелиоцентрическую долготу); В3 - верхнее соединение Венеры; последняя находится за Солнцем и лежит на линии Земля - Солнце (гелиоцентрические долготы Земли и Венеры отличаются на 180°); В1 и В2 -изображают элонгации Венеры, т. е. наибольшие угловые расстояния планеты от Солнца. При западной элонгации В2  планета видна правее Солнца и поэтому она раньше восходит и видна утром. Восточная элонгация - положение В3 -планета видна на небе по вечерам после захода Солнца. Угол элонгации  является максимальным и равен приблизительно 48°. Для планеты Марс показаны следующие конфигурации: М1 - противостояние; Солнце-Земля- Марс лежат на одной прямой (Земля и Марс имеют одну и ту же гелиоцентрическую долготу); М2 - Марс в соединении; планета находится за Солнцем на линии Земля-Солнце- Марс (гелиоцентрические долготы Марса и Земли отличаются на 180°). Познакомив обучающихся с различными видами конфигураций (например, нижнее соединение Венеры), включаем двигатель и наблюдаем, как Венера постепенно уходит в гелиоцентрическом движении от Земли, а затем догоняет последнюю в момент, когда она располагается по одной линии (при нижнем соединении). Двигатель останавливают и вновь обращаем внимание обучающихся на эту конфигурацию. Далее двигатель вновь пускают и останавливают при таких же конфигурациях, которые будут иметь другую гелиоцентрическую долготу. Подобным образом следует демонстрировать и другие конфигурации. Полезно при этом просмотреть данные о конфигурациях планет в астрономическом календаре. 

       Демонстрация 5. Взаимное расположение планет на одну дату. 

       Устанавливаем модель Земли по временной шкале на данную дату, а остальные планеты по шкале гелиоцентрических долгот, используя для этого соответствующую таблицу школьного астрономического календаря. Включая и выключая двигатель, можно определить взаимное расположение планет и их конфигурации в последующие моменты. При этом следует сравнить данные, получаемые на модели, с данными в школьном астрономическом календаре. 

          Демонстрация 6. Сидерические периоды обращения планет.     

     Синодическим периодом обращения называется промежуток времени, протекающий между повторениями ее одинаковых конфигураций. Например, промежуток времени между двумя противостояниями Марса. Сидерическим периодом планеты называется период обращения планеты вокруг Солнца по отношению к звездам. Для удобства расчета можно расположить все планеты в одну линию на 1 января или другую дату (в действительности такое совпадение случиться не может). Включаем двигатель на такие промежутки времени, чтобы каждая планета сделала полный оборот вокруг имитатора Солнца. Пользуясь временной шкалой, по перемещению Земли оценивают промежуток времени для каждой планеты и полученные результаты сравнивают с табличными значениями сидерических периодов обращения планет (в земных сутках или годах). 

      Расположив какую-либо планету в соединении (противостоянии) относительно модели Земли, установленной по временной шкале (например, на 1 января), включаем мотор до повторения соединения (противостояния) данной планеты. Оценивая по временной шкале промежуток времени по перемещению модели Земли, сравнивают полученный результат с табличным значением синодического периода планеты. 

        Демонстрация 8. Проверка уравнения связи между синодическим и сидерическим периодами обращения планеты. 

       Расположив  какую-либо планету по прямой с одной стороны от имитатора Солнца, включаем двигатель на некоторый  промежуток времени. При этом обучающиеся убеждаются, что внутренние планеты движутся с большей угловой скоростью, чем Земля, а внешние — с меньшей.

ТРЕБОВАНИЯ    БЕЗОПАСНОСТИ  ТРУДА

       1. Запрещается работать на установке без проверки её преподавателем или лаборантом.    

       2. Выполнение лабораторной работы должно производиться только после ознакомления с устройством и порядком проведения работы с разрешения преподавателя.

       3. Следует соблюдать осторожность при производстве запуска и наблюдения за движением моделей планет солнечной системы

ЛИТЕРАТУРА

1. Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик (2007) Физика 11 класс базовый уровень
2. «Вселенная» серия « Жизнь планеты» Николсон Ян. М : « РОСМЭН- ИЗДАТ», 1999г.
3. Большая советская энциклопедия(1999)

4. « Планета Земля»/ Сост. А. М. Берлянт:- М: книги», 2004г.

5. «Планеты»- Волков Александр, Сурдин Владимир - М: СЛОВО, 2000г.
6. Киппенхан Р. 100 миллиардов Солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд. - М.: Мир, 1990, с 28-34..

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ  2