Учебная работа. Реферат: Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы

Учебная работа. Реферат: Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы

2-мя более значительными фуррорами традиционного естествознания, основанного на механике Ньютона, были фактически исчерпающее описание наблюдаемого движения небесных тел и разъяснение узнаваемых из опыта законов безупречного газа.

законы Кеплера.

Сначало числилось, что Земля недвижна, а движение небесных тел чудилось очень сложным. Галилей одним из первых высказал предположение о том, что наша планетка не является исключением и тоже движется вокруг Солнца. Эта теория была встречена довольно воинственно. Тихо Браге решил не принимать роли в обсуждениях, а заняться конкретным измерениями координат тел на небесной сфере. Он предназначил этому всю свою жизнь, но не только лишь не сделал каких-то выводов из собственных наблюдений, но даже не опубликовал результатов. Позже данные Тихо попали к Кеплеру, который отыскал обычное разъяснение наблюдаемым сложным траекториям, сформулировав три законов движения планет (и Земли) вокруг Солнца (рис.6_1):

1. Планетки двигаются по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится солнце.

2. Скорость движения планетки меняется таковым образом, что площади, заметаемые ее радиус-вектором за равные промежутки времени, оказываются равными.

3. Периоды воззвания планет одной Галлактики и огромные полуоси их орбит соединены соотношением:

(1) .

Сложное движение планет на “небесной сфере”, наблюдаемой с Земли, согласно Кеплеру, появлялось вследствие сложения этих планет по эллиптическим орбитам с движением наблюдающего, совершающего вкупе с Землей орбитальное движение вокруг солнца и суточное вращение вокруг оси планетки.

Прямым подтверждением дневного вращения Земли был поверхности вращающейся Земли.

Закон Глобального тяготения.

законы Кеплера отлично обрисовывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали обстоятельств, приводящих к такому движению (напр. полностью можно было считать, что предпосылкой движения тел по кеплеровым орбитам являлась воля какого-нибудь существа либо рвение самих небесных тел к гармонии). Теория гравитации Ньютона указала причину, обусловившую движение галлактических тел по законам Кеплера, верно предсказала и растолковала индивидуальности их движения в наиболее сложных вариантах, дозволила в одних определениях обрисовать почти все явления галлактического и земного масштабов (движение звезд в галактическом скоплении и падение яблока на поверхность Земли).

Ньютон отыскал правильное выражение для гравитационной силы, возникающей при содействии 2-ух точечных тел (тел, размеры которых малы по сопоставлению с расстоянием меж ними):

(2) ,

которое вместе со вторым законом в случае, если масса планетки m много меньше массы звезды M, приводило к дифференциальному уравнению

(3) ,

допускающему аналитическое решение. Не привлекая каких-то доп физических мыслях, чисто математическими способами стильно показать, что при соответственных исходных критериях (довольно малые исходные расстояние до звезды и скорость планетки) галлактическое тело будет совершать вращение по замкнутой, устойчивой эллиптической орбите в полном согласии с законами Кеплера (а именно 2-ой законКеплера является прямым следствием закона сохранения момента импульса, выполняющегося при гравитационных взаимодействиях, так как момент силы (2) относительно громоздкого центра постоянно равен нулю). При довольно высочайшей исходной скорости (ее тело движется по гиперболической линии движения, в конце концов уходя от звезды на нескончаемо огромное расстояние.

Принципиальным свойством закона гравитации (2) является сохранение его математической формы в случае гравитационного взаимодействия неточечных тел в случае сферически-симметричного распределения их масс по размеру. При всем этом роль R играет расстояние меж центрами этих тел.

движение небесных тел при наличии возмущений. Строго говоря, законы Кеплера производятся буквально только в случае движения только 1-го тела поблизости другого, владеющего существенно большей массой, при условии сферичности этих тел. При незначимых отступлениях от сферической формы (напр. из-за вращения звезды она может несколько “сплющиться”) орбита планетки перестает быть замкнутой и представляет собой прецессирующий вокруг звезды эллипс.

Остальным нередко встречающимся возмущением является гравитационное воздействие планет одной звездной системы друг на друга. Кеплеровы орбиты являются устойчивыми относительно слабеньких возмущений, т.е., испытав действие от близко пролетающего соседа, планетка стремится возвратиться на начальную линию движения. При наличии мощных возмущений (просвет громоздкого тела на маленьком расстоянии) задачка о движении значительно усложняется и не быть может решена аналитические. численные расчеты демонстрируют, что в этом случае линии движения планет перестают быть эллипсами и представляют собой незамкнутые кривые.

Согласно третьему закону Ньютона существует сила, работающая на звезду со стороны планет. В случае M>>m убыстрение звезды пренебрежимо не много и ее можно считать недвижной. При наличии 2-ух тел соизмеримых масс, притягивающихся друг к другу, может быть их устойчивое совместное движение по эллиптическим орбитам вокруг общего центра тяжести. Разумеется, что наиболее мощное тело совершает движение по орбите наименьшего радиуса. В случае движения планет вокруг звезды обозначенный эффект малозаметен. но в мироздании были обнаружены системы, совершающие описанное движение — двойные звезды. Численный расчет движения планет в системе двойной звезды указывает, что их орбиты значительно нестационарны, расстояние от планетки до звезд стремительно изменяется в очень широких границах. Неминуемые при всем этом резвые конфигурации атмосферного климата на планетках делает там очень проблематической возможность био эволюции. Еще наименее возможно появление технических цивилизаций на планетках систем двойных звезд, так как сложное непериодическое движение планет приводит к тяжело расшифровываемому наблюдаемому движению тел на “небесной сфере”, значительно затрудняя формулировку законов Кеплера и, как следствие, развитие традиционной механики (рис. 6_2).

Строение Солнечной системы.

Отлично понятно, что основная масса Солнечной системы (около 99.8%) приходится на ее единственную звезду — солнце. Суммарная масса планет составляет лишь 0.13% от общей. На другие тела системы (кометы, спутники планет, астероиды и метеоритное вещество) приходится лишь 0.0003% массы. Из приведенных цифр следует, что законы Кеплера для движения планет в нашей системе должны производиться весьма отлично. Значительные отличия от эллиптических орбит могут возникать только в случае близкого (по сопоставлению с расстоянием до Солнца) просвета мимо одной из планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна либо Плутона (в особенности это касается самой громоздкой из планет — Юпитера). Конкретно наблюдения возмущения орбиты Нептуна дозволили предсказать, а позже и найти Плутон — самую удаленную из узнаваемых планет нашей системы.

Ньютоновский закон гравитации и законы Кеплера разрешают связать размеры орбит планет с периодами вращения, но не разрешают рассчитывать сами орбиты. Еще в 18 веке была предложена эмпирическая формула для радиусов орбит планет солнечной системы:

(4) ,

где — радиус орбиты Земли. В отличие от законов Кеплера соотношение (4) никак не следует из законов Ньютона и до сего времени не получило теоретического обоснования, хотя орбиты всех узнаваемых на нынешний денек планет удовлетворительно описываются данной для нас формулой. Исключение составляет только законы, не подтвержденные имеющейся теорией, могут играться положительную роль в исследовательских работах, так как тоже отражают беспристрастную действительность (может быть в несовсем четком и даже в несколько искаженном виде).

Симпатичной казалась догадка о ранее существовавшей пятой планетке — Фаэтоне, разрушенной на кусочки огромным гравитационным притяжением ее громоздкого соседа — Юпитера, но количественный анализ движения планетки — гиганта показал несостоятельность этого догадки. По-видимому упомянутая неувязка быть может разрешена только на базе законченной теории появления и эволюции планет Солнечной системы, еще пока несуществующей. Очень симпатичная теория совместного происхождения солнца и планет из одного газового облака, сжавшегося под действием гравитационных сил, оказывается в противоречии с наблюдаемым неравномерным распределением вращательного момента (момента импульса) меж звездой и планетками. Дискуссируются модели происхождения планет в итоге гравитационного захвата Солнцем тел, прилетающих из дальнего вселенной, эффекты, вызванные взрывом сверх-новых. В большинстве “сценариев” развития галлактики существование пояса астероидов так либо по другому связывается с его близким соседством с самой громоздкой планеткой системы.

Известные на нынешний денек характеристики планет Солнечной системы разрешают поделить их на две группы. 1-ые четыре планетки земной группы характеризуются сравнимо малыми массами и большенными плотностями слагающих их веществ. Они состоят из расплавленного стального ядра, окруженного силикатной оболочкой — корой. Планетки владеют газовыми атомосферами. Их температуры основным образом определяются расстоянием до Солнца и убывают с его повышением. Начинающаяся с Юпитера группа планет — гигантов в главном сложена из легких частей (водорода и гелия), давление которых во внутренних слоях растет до большущих величин, вследствие гравитационного сжатия. В итоге по пере приближения к центру газы равномерно перебегают в жидкое и, может быть, в твердотельное состояния. Предполагается, что в центральных областях давления настолько велико, что водород существует в железной фазе, пока не наблюдавшейся на Замле даже в лабораторных критериях. Планетки 2-ой группы владеют огромным числом спутников. У сатурна их число настолько велико, что при недостающем увеличении планетка кажется опоясанной системой непрерывных колец (рис. 6_3).

неувязка существования жизни на остальных планетках до сего времени вызывает завышенный Энтузиазм в околонаучных сферах. В истинное время можно с достаточной степенью достоверности можно утверждать, что в обычных для современного естествознания белковых формах жизнь на планетках Галлактики (очевидно, кроме Земли) не существует. Предпосылкой этому до этого всего является малость физико-химического диапозона критерий, допускающих способности существования органических молекул и протекания актуально принципиальных хим реакций с их ролью (не очень высочайшие и низкие температуры, узенький интервал давлений, наличие кислорода и т.д.). Единственной, кроме Земли, планеткой, условия на которой очевидно не противоречат способности существования белковой жизни, является Марс. Но довольно детальные исследования его поверхности при помощи межпланетных станций “Марс”, “Марионер” и “Викинг” проявили, что жизнь на этих планетках не существует даже в виде микробов (рис. 6_4).

Что все-таки касается вопросца о существовании небелковых форм инопланетный жизни, его суровому дискуссии обязана предшествавать строгая формулировка самого обобщенного понятия жизни, но эта неувязка до сего времени не получила общепризнанного удовлетворительного решения. (Создатся воспоминание, что открытие форм жизни, значительно различающихся от обычных для нашего воображения, совершенно может не вызвать сколько-нибудь приметного энтузиазма у ненаучной общественности. Не весьма тяжело вообразить для себя создание компьютерных вирусов, способних плодиться в сетях и способных эволюционировать, еще сложнее представить реакцию на это в обществе, хорошую от досады юзеров, потерявших программки).

О природе гравитационных сил. Сформулированный Ньютоном закон глобального тяготения относится к базовым законам традиционного естествознания. Методологической слабостью концепции Ньютона был его отказ дискуссировать механизмы, приводящие к появлению гравитационных сил (“Я гипотез не измышляю”). Опосля Ньютона не один раз предпринимались пробы сотворения теории гравитации. Подавляющее большая часть подходов соединено с так именуемыми гидродинамическими моделями гравитации, пытающимися разъяснить появление сил тяготения механическими взаимодействиями мощных тел с промежной субстанцией, которой приписывается то либо другое заглавие: “эфир”, “поток гравитонов”, “вакуум” и т.д. Притяжение меж телами возникает вследствие разряжения Среды, возникающей или при ее поглощении громоздкими телами, или при экранировке ими ее потоков. Все эти теории имеют общий значимый недочет: верно предсказывая зависимость силы от расстояния (2), они безизбежно приводят к еще одному ненаблюдаемому эффекту: торможению тел, передвигающихся относительно введенной субстанции.

Значительно новейший шаг в развитии концепции гравитационного взаимодействия был изготовлен А. Эйнштейном, создавшим общую теорию относительности.

]]>