1 световой год в метрах. Что такое световой год, сколько это времени и как они считаются

Панова А.Р. 1

Махалина Е.Н. 1

1 Муниципальное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №16" Копейского городского округа

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Огонь, вода, земля, воздух- вокруг четырех природных стихий вращается вся жизнь. Человек давно научился использовать их себе на пользу. Каждый из нас воспринимает журчание воды, так же как тиканье часов, пляшущие языки пламени или плывущие по небу облака, строго индивидуально. Это зависит от темперамента человека, его настроения и самочувствия. Звукводы, как правило, позволяет расслабиться и успокоиться, зарядиться новыми силами и задуматься.

Однажды мне в руки попала книга для чтения по физике. Листая её, я увидела, что в домашних условиях можно сделать фонтан. Меня заинтересовали два вопроса: как работает фонтан и смогу ли я сама при помощи взрослых сделать его дома. Актуальна эта тема еще и потому, что сейчас популярно иметь дома декоративные фонтаны.

Объект исследования : фонтан

Предмет исследования : принцип работы различных фонтанов

Цель : выявление особенностей работы проточного фонтана и фонтана Герона

Задачи:

1. изучить различные источники информации по данной теме;

2. изучить принцип работы проточного фонтана и фонтана Герона;

3. провести эксперимент; проанализировать, сделать выводы.

Гипотеза: если мы узнаем, как работает фонтан, то, возможно, сможем построить макет для его демонстрации

Методы исследования : эксперимент, наблюдение, анализ, обобщение.

Глава 1. Общая характеристика фонтанов

1.1. Фонтаны: история возникновения

Первые фонтаны возникли в Древнем Египте и Месопотамии, о чем свидетельствуют изображения на древних надгробиях. Изначально они использовали для полива выращиваемых культур и декоративных растений. Египтяне сооружали фонтаны во фруктовых садах возле дома, где они устанавливались посреди прямоугольного пруда.

Подобные фонтаны использовали и в Месопотамии и Персии, славившимися своими прекрасными садами. Здесь на Востоке они получали еще большую популярность.

Огромные значения фонтаны имели в Китае и Японии. В создание знаменитого японского сада Киото участвовали монахи буддисты. Каждый элемент этого сада - несет в себе особое значение и вызывает у посетителей определенное настроение и состояние души.

Ландшафтной и архитектурной основой фонтанов и садов в Европе послужили персидские сады. В средние века сады появлялись при монастырях и подобно персидскому саду делились на четыре части - для цветов, трав, овощных культур и фруктовых деревьев. В середине сада был расположен колодец или фонтан - место уединения, размышления и молитвы для послушников монастыря. Но в основном, как и в Древнем мире, в Средневековье фонтаны использовались как источники водоснабжения - для полива и питья.

Только с началом Эпохи Возрождения фонтаны в Европе становятся частью архитектурного ансамбля, его ярким акцентом, а порой главным элементом.

В современных фонтанах значительную роль играют передовые технологии, новые изобретения.

1.2. Как работают фонтаны?

Устройство фонтана основано на принципе сообщающихся сосудов. (приложение, рисунок 1) В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.Воду собирают в емкость расположенную выше бассейна фонтана. При этом давление воды на выходе из фонтана будет равно разнице высот воды. Соответственно чем больше разница этих высот, тем сильнее давление и выше бьет струя фонтана. Так же на высоту струи фонтана влияет диаметр выходного отверстия фонтана. Чем оно меньше, тем выше бьет фонтан. (приложение, рисунок 1)

Фонтан Герона. (Приложение, рисунок 2)Прибор состоит из трёх сосудов, помещённых прямо один над другим и сообщающихся между собой: два нижних закрытые, а верхний имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода, а также и в средний сосуд, через отверстие в дне чаши, потом закрываемое. По открытой трубке, идущей от дна чаши почти до дна самого нижнего сосуда, вода течёт из чаши вниз и, сжимая находящийся там воздух, увеличивает тем его упругость. Нижний сосуд сообщён со средним посредством открытой трубочки, начинающейся в верхнем дне его и идущей до верхнего дна среднего сосуда, так что находящийся здесь над поверхностью воды воздух также сжимается. Производя давление на воду, воздух заставляет её подниматься из среднего сосуда по особой трубке, проведённой почти от его дна в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьёт фонтан. Высота фонтана, в идеальных условиях, равна разнице уровней поверхности воды в среднем и нижнем сосудах. Но трение жидкости, движущейся в трубках, и другие причины уменьшают высоту фонтана. Вода фонтана, падающая в чашу, течёт из неё по трубке в нижнее отделение прибора, где уровень воды постепенно повышается, и потому высота давящего столба, измеряемая от названного уровня до уровня воды в чаше, постепенно уменьшается; уровень же воды в среднем сосуде, по мере расходования воды фонтаном, понижается. По этим двум причинам высота фонтана постепенно убывает и, наконец, движение воды прекращается.

Столб воды в верхнем сосуде до её поверхности в нижнем, создает избыточное давление в нижнем сосуде. Сжатый воздух из нижнего сосуда передает полученное давление в средний сосуд. (приложение, рисунок 2)

1.3. Виды фонтанов

Естественные. Известны естественно образовавшиеся фонтаны, называющиеся гейзерами - как, например, на Камчатке.

Техногенные. Искусственно созданным фонтаном является фонтанирующая нефтяная скважина. Батареи из множества водяных фонтанов горячей воды используются для её охлаждения на тепловых электростанциях. Декоративные. В обиходе фонтаном называют специфическое гидротехническое сооружение, как правило, выполняющее декоративную функцию. Утилитарную функцию имеют питьевые фонтанчики , позволяющие обеспечить повышенную гигиеническую безопасность при утолении жажды массовым потребителем. Питьевые фонтаны используются для обеспечения питьевого режима в учебных заведениях, в производственных цехах. Музыкальные. Музыкальный фонтан — тип фонтанa, имеющий эстетический дизайн и создающий, в соединении с музыкой, художественное представление. Эффект достигается с помощью пересечения волн воды и световых эффектов, создаваемых прожекторами или лазерами.

1.4. Фонтаны в повседневной жизни

Красивый фонтан - это прекрасное лекарство от стрессов, от суеты повседневной жизни горожан, оазис покоя и радости, место для отдыха и самосозерцания.

Глава 2. Экспериментальные основы проекта

Из предложенных принципов работы фонтанов, мы построили проточный фонтан, работающий на законе сообщающихся сосудов, а также фонтан Герона.

2.1.Создание макета «Город фонтанов» (на основе сообщающихся сосудов)

Оборудование: (приложение, рис. 3; фото 1-6)

Ёмкость для сбора воды, 2 пластиковых бутылки одинакового размера (резервуары для воды), трубка от капельницы, трубка для аквариума,

2 наконечника от гелиевой ручки, 2 наконечника от капельницы, картон, клей, цветная бумага, ёмкость для фонтана, декоративное оформление.

2.Закрепить две пластиковых бутылки (резервуары для воды) на опорах.

3. Прикрепить к ним в первом случае - 2 трубочки от капельницы, во втором случае - 2 трубочки от аквариума.

4. Вывести трубочки через ёмкость для сбора воды

5. Прикрепить к трубочкам в первом случае наконечник от капельницы, во втором случае - наконечник от гелиевой ручки.

6. Придать эстетичный вид сооружению.

7. Провести эксперимент.

Исследования: Опыт №1 (приложение, фото 7, 8, 9, 10)

«Зависимость высоты струи в фонтане от взаимного расположения сообщающихся сосудов»

Ход работы: меняя высоту резервуара, при постоянном диаметре отверстия мы измеряли высоту струи фонтана.

Вывод : высота струи фонтана зависит от высоты сосуда: чем выше сосуд, тем выше струя фонтана

Опыт №2 (приложение, фото 11)

«Зависимость высоты струи в фонтане от диаметра отверстия»

Ход работы: не меняя высоту резервуара, мы брали разные наконечники: от капельницы и от гелиевой ручки и измеряли высоту струи.

Вывод: чем меньше диаметр выводного отверстия, тем высота струи фонтана больше.

Опыт № 3 (приложение, фото 12) «Зависимость высоты струи в фонтане от диаметра трубки сообщающегося сосуда»

Ход работы: не меняя высоту резервуара, оставив наконечники от аквариума мы поменяли трубки.

резервуары для воды	высота сосуда	отверстия	высота струи при наконечнике от аквариума	отверстия	высота струи при наконечнике от аквариума

Вывод: чем больше диаметр трубки, тем выше высота струи фонтана.

2.2. Создание макета «Фонтан Герона»

Оборудование: (приложение, фото 13 - 19)

Ёмкость для сбора воды, 2 пластиковых бутылки одинакового размера (резервуары для воды), трубка от капельницы, трубка для аквариума, 2 наконечника от гелиевой ручки, 2 наконечника от капельницы, картон, клей, цветная бумага, ёмкость для фонтана, декоративное оформление.

Разработка технологического процесса

1. Подготовка рабочего места, инструментов, материалов.

2. Три одинаковых по размеру пластиковых баночки соединяем между собой.

3. Создаём герметичность емкостей и мест их соединения.

4. Перед герметизации вставляем трубочки (приложение, схема 1)

5. Провести эксперимент.

Исследование заключалось в том, что, если мы правильно собрали конструкцию, то фонтан будет работать.

Принцип работы:

Чаша. Назовем ее точкой отсчета - стартом, с которого жидкость начинает свое движение в системе фонтана Герона. Это обычная открытая емкость, изготовленная по типу миски или тарелки. Из нее по тонкой трубке вода поступает в пустую емкость, расположенную в самом низу фонтана.

Нижняя пустая емкость. Она служит для достижения двух целей. Во-первых, стекающая с чаши вода сжимает содержащийся в ней воздух и тем самым создает давление, необходимое для выталкивания воды струей вверх. И, во-вторых, в ней собирается вода, которая создает это давление (то есть та, которая стекает вниз). Здесь она и остается до следующей перезарядки фонтана.

Верхняя емкость - в заряженном состоянии она с водой. Именно эта жидкость и выталкивается наружу в виде тонкой струи воды. Выталкивается она благодаря сжатому воздуху - давлению, образовавшемуся в нижней колбе. Этот воздух по тонкой трубке поступает в верхнюю колбу, вытесняя оттуда жидкость, которая изливаясь фонтанчиком, снова попадает в чашу, откуда, опять-таки, стекает в нижнюю колбу.

Вывод: схема верна - наш фонтан Герона работает

Заключение

Мне очень понравилось работать над фонтаном. Он получился довольно красивым. Это была очень большая и сложная практическая работа, и конечно, были вещи, которые у меня не получались, или получились. Я узнала много нового о фонтанах и об их истории. Мной были проведены некоторые опыты и сделаны выводы.

не во всех фонтанах используются сообщающиеся сосуды

в сообщающихся сосудах однородная жидкость стремится оказаться на одном уровне

фонтан бьет не только за счет разности высот воды в сообщающихся сосудах

вещей, которые способны работать самостоятельно, без внешнего источника энергии, не так уж и много, и особое место среди них занимает фонтан Герона. Его основным достоинством является то, что он работает благодаря естественным законам природы, не затрачивая при этом сторонней энергии.

Источники информации

1. Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике. 6-7 класс. Пособие для учащихся. Сост. И.Г.Кириллова. М., «Просвещение», 1978

2. Мир фонтанов. [Электронный ресурс].- URL: http:// www. mirfontanov.ru /fountain_history.html

3.Спышнов П. А. Фонтаны. Описание, конструкции, расчёт. — М., 1950.

4.Танцующая вода.[Электронный ресурс].- URL: https://www.ivd.ru/dizajn-i-dekor/aksessuary/tancuusaa-voda-4687

5. Фонтаны. [Электронный ресурс].- URL: https://ru.wikipedia.org/wiki

6. Фонтан Герона. [Электронный ресурс].- URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/

7. Фонтан Герона: как сделать. [Электронный ресурс].- URL: http://nw-ps.ru/fontan-gerona-kak-sdelat/

Приложения

Рисунок 1. Фонтан на основе сообщающихся сосудов

Рисунок 2. Фонтан Герона

Рисунок 3. Макет «Город Фонтанов»

Схема 1. Принцип работы фонтана Герона

Фото 1- 6. Создание макета «Город фонтанов»

Фото 7. Заливаем воду в резервуар для воды Фото 8. Измеряем высоту ёмкостей

Фото 9, 10. Измеряем высоту струи фонтана(первичный результат)

Фото 11, 12. Измеряем высоту струи фонтана (конечный результат)

Фото 13. Материал для фонтана Герона

Фото 14, 15. Обрабатываем поверхности герметиком

Фото 16, 17, 18, 19. Собираем макет фонтана Герона

Космические расстояния слабо поддаются измерению в обычных метрах и километрах, поэтому астрономы используют в своей работе другие физические единицы. Одна из них носит название световой год.


Многие любители фантастики хорошо знакомы с этим понятием, поскольку оно часто встречается в фильмах и книгах. Но не каждый знает, чему равен световой год, а некоторые и вовсе думают, что он аналогичен обычному годовому исчислению времени.

Что такое световой год?

В действительности световой год – это не временная единица, как можно было бы предположить, а единица длины, применяемая в астрономии. Под ней понимают расстояние, преодолеваемое светом за один год.

Обычно ее применяют в астрономических учебниках или научно-популярной фантастике для определения длин в пределах Солнечной системы. Для более точных математических расчетов или измерения расстояний во Вселенной за основу берут другую единицу – .

Появление светового года в астрономии было связано с развитием звездных наук и необходимостью использовать параметры, сопоставимые с масштабами космоса. Понятие ввели спустя несколько лет после первого успешного измерения расстояния от Солнца до звезды 61 Лебедя в 1838 году.


Изначально световым годом называли расстояние, проходимое светом за один тропический год, то есть за отрезок времени, равный полному циклу смены сезонов. Однако с 1984-го за основу стали брать юлианский год (365,25 дня), в результате чего измерения стали более точными.

Как определяется скорость света?

Чтобы рассчитать световой год, исследователям пришлось сначала определить скорость света. Когда-то астрономы полагали, что распространение лучей в космосе происходит мгновенно, но в XVII веке подобное заключение начало вызывать сомнения.

Первые попытки сделать расчеты предпринял Галилео Галлилей, решивший вычислить время, за которое свет преодолевает 8 км. Его исследования не увенчались успехом. Рассчитать примерную величину удалось Джеймсу Бредли в 1728 году, определившему значение скорости в 301 тысячу км/с.

Какова скорость света?

Несмотря на то что Бредли произвел достаточно верные расчеты, определить точную скорость смогли лишь в XX столетии, используя современные лазерные технологии. Совершенное оборудование позволило сделать расчеты с поправкой на коэффициент преломления лучей, в результате чего эта величина составила 299 792,458 километров в секунду.


Данными цифрами астрономы оперируют по сей день. В дальнейшем нехитрые вычисления помогли с точностью установить время, которое лучам необходимо на облет орбиты земного шара без воздействия на них гравитационных полей.

Хотя скорость света не сопоставима с земными расстояниями, ее использование при вычислениях объясняется тем, что люди привыкли мыслить «земными» категориями.

Чему равен световой год?

Если принять во внимание, что световая секунда равняется 299 792 458 метров, легко подсчитать, что за минуту свет преодолевает 17 987 547 480 метров. Как правило, эти данные астрофизики применяют для измерения расстояний внутри планетарных систем.

Для изучения небесных тел в масштабах Вселенной гораздо удобнее брать за основу световой год, который равняется 9,460 триллионов километров или 0,306 парсек. Наблюдение за космическими телами является единственным случаем, когда человек может воочию видеть прошлое.

Чтобы свет, испускаемый какой-нибудь далекой звездой, достиг Земли, требуются многие годы. По этой причине, наблюдая за космическими объектами, вы видим их не такими, какими они являются в данный момент, а какими они были в момент излучения света.

Примеры расстояний в световых годах

Благодаря возможности исчислять скорость движения лучей, астрономы сумели вычислить расстояние в световых годах до многих небесных тел. Так, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 1,3 световых секунды, до Проксима Центавра – 4,2 световых года, до туманности Андромеды – 2,5 миллиона световых лет.


Расстояние между Солнцем и центром нашей галактики лучи проходят примерно за 26 тысяч световых лет, а между Солнцем и планетой Плутон – за 5 световых часов.

Галактические масштабы расстояний

Световой год (св. г. , ly ) - внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за один год.

Более точно, по определению Международного астрономического союза (МАС) световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год (равный по определению 365,25 стандартных суток по 86 400 секунд СИ, или 31 557 600 секунд). Именно это определение рекомендовано для использования в научно-популярной литературе. В профессиональной литературе для выражения больших расстояний вместо светового года обычно используются парсеки и кратные единицы (кило- и мегапарсеки).

Ранее (до 1984 года) световым годом называлось расстояние, проходимое светом за один тропический год, отнесённый к эпохе 1900,0. Новое определение отличается от старого примерно на 0,002 %. Так как данная единица расстояния не используется для высокоточных измерений, практического различия между старым и новым определениями нет.

Числовые значения

Световой год равен:

• 9 460 730 472 580 800 метрам (примерно 9,46 петаметрам)
• 63 241,077 астрономической единицы (а. е.)
• 0,306 601 парсека

Связанные единицы

Нижеприведённые единицы используются довольно редко, обычно лишь в популярных публикациях:

• 1 световая секунда = 299 792,458 км (точно)
• 1 световая минута ≈ 18 млн км
• 1 световой час ≈ 1079 млн км
• 1 световые сутки ≈ 26 млрд км
• 1 световая неделя ≈ 181 млрд км
• 1 световой месяц ≈ 790 млрд км

Расстояние в световых годах

Световой год удобен для качественного представления масштабов расстояния в астрономии.

Масштаб	Значение (св. лет)	Описание
Секунды	4·10 −8	Среднее расстояние до приблизительно равно 380 000 км. Это значит, что лучу света, испущенному с поверхности , потребуется около 1,3 секунды, чтобы достичь поверхности Луны.
Минуты	1,6·10 −5	Одна астрономическая единица равна приблизительно 150 миллионам километров. Таким образом, свет доходит от до Земли примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд).
Часы	0,0006	Среднее расстояние от Солнца до приблизительно равно 5 световым часам.
	0,0016	Аппараты серий «Пионер» и , летящие за пределы , примерно за 30 лет, прошедшие после запуска, удалились на расстояние около ста астрономических единиц от Солнца, и время их отклика на запросы с Земли приблизительно равно14 часам.
Год	1,6	Внутренний край гипотетического расположен в 50 000 а. е. от Солнца, а внешний - в 100 000 а. е. Чтобы преодолеть расстояние от Солнца до внешнего края облака, свету потребуется около полутора лет.
	2,0	Максимальный радиус области гравитационного влияния Солнца («Сферы Хилла») - примерно 125 000 а. е.
	4,2	Ближайшая к нам (не считая Солнца), Проксима Центавра, расположена на расстоянии 4,2 св. года.
Тысячелетия	26 000	Центр нашей Галактики находится на расстоянии приблизительно 26 000 световых лет от Солнца.
	100 000	Диаметр диска нашей - 100 000 световых лет.
Миллионы лет	2,5·10 6	Ближайшая к нам M31, знаменитая , удалена от нас на 2,5 млн световых лет.
	3,14·10 6	(M33) располагается в 3,14 млн световых лет от нас и является наиболее удалённым стационарным объектом, видимым невооружённым глазом.
	5,8·10 7	Ближайшее , скопление Девы, удалено от нас на 58 миллионов световых лет.
	Десятки миллионов световых лет	Характерный размер скоплений галактик по диаметру.
	1,5·10 8 - 2,5·10 8	Гравитационная аномалия «Великий аттрактор» располагается на расстоянии 150-250 миллионов световых лет от нас.
Миллиарды лет	1,2·10 9	Великая стена Слоуна - одно из крупнейших образований во , размеры её около 350 Мпк. Чтобы свет преодолел её из конца в конец, потребуется около миллиарда лет.
	1,4·10 10	Размер причинно-связанной области Вселенной. Вычисляется из возраста Вселенной и максимальной скорости передачи информации - скорости света.
	4,57·10 10	Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной в любом направлении; сопутствующий радиус наблюдаемой Вселенной (в рамках стандартной космологической модели Лямбда-CDM).



Быстрый ответ: нисколько.

Часто нам задают очень интересные вопросы, ответы на которые бывают весьма нестандартным. Один из таких вопросов вы видите в заголовке. И действительно, сколько земных лет в одном световом году? Возможно, вы будете разочарованы, но правильный ответ — нисколько. Как же так?

Все дело в том, что световой год — это не мера времени, а мера расстояния. Если быть более точным, то световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год (равный по определению 365,25 стандартных суток по 86 400 секунд СИ, или 31 557 600 секунд), по определению Международного астрономического союза.

Теперь давайте попробуем высчитать расстояние светового года. Для этого возьмем отметку в 300 тысяч километров в секунду (именно такова скорость света) и умножим на 31,56 миллиона секунд (столько секунд в году) и получим огромную цифру — 9 460 800 000 000 км (или 9 460 000 миллионов километров). Эта фантастическая цифра означает расстояние, которому равен световой год.

• 1 световой месяц ~ 788 333 млн км

• 1 световая неделя ~ 197 083 млн км

• 1 световые сутки ~ 26 277 млн км

• 1 световой час ~ 1 094 млн км

• 1 световая минута ~ примерно 18 млн км

• 1 световая секунда ~ 300 тысяч км

Световой год – это то расстояние, которое проходит свет за один год . Международный астрономический союз дал свое объяснение световому году – это то расстояние, которое проходит свет в вакууме, без участия гравитации, за юлианский год. Юлианский год равен 365 суткам. Именно эта расшифровка используется в научной литературе.

Если брать профессиональную литературу, то тут расстояние рассчитывается в парсеках или кило- и мегапарсеках.

Имеются конкретные цифры, которые определили расстояние световых часов, минут, дней и т.д.

• Световой год равен 9 460 800 000 000 км ,
• месяц - 788 333 млн. км.,
• неделя - 197 083 млн. км.,
• сутки - 26 277 млн. км,
• час - 1 094 млн. км.,
• минута - около 18 млн. км.,
• секунда - около 300 тыс. км.

Это интересно! От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.

Интересный факт о природе вселенной

Звезда Бетельгейзе в созвездии Орион должна взорваться в обозримом будущем (на самом деле — в пределах нескольких веков).

Бетельгейзе расположена от нас на расстоянии от 495 до 640 световых лет.
Если она взрывается прямо сейчас, то этот взрыв жители Земли увидят лишь через 500-600 лет.

А если вы видите взрыв сегодня, то помните, что на самом деле взрыв произошёл примерно во времена Ивана Грозного…

Земной год

Земным годом считается расстояние, проходимое землей за один год. Если принимать во внимание все расчеты, то один световой год равен 63242 земным годам . Эта цифра относится именно к планете Земля, к другим, например Марсу или Юпитеру, они будут совсем иными. Световой год исчисляет расстояние от одного объекта небесного тела до другого. Цифры световых и земных лет настолько разные, хотя и означают расстояние.