1 світловий рік за метри. Що таке світловий рік, скільки це часу і як вони вважаються

Панова О.Р. 1

Махаліна О.М. 1

1 Муніципальна загальноосвітня установа "Середня загальноосвітня школа №16" Копейського міського округу

Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версія роботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

Вступ

Вогонь, вода, земля, повітря-навколо чотирьох природних стихій обертається все життя. Людина давно навчилася використовувати їх собі на користь. Кожен з нас сприймає дзюрчання води, так само як цокання годинника, танцюючі язики полум'я або хмари, що пливуть по небу, суворо індивідуально. Це залежить від темпераменту людини, її настрою та самопочуття. Звукводи, як правило, дозволяє розслабитися та заспокоїтися, зарядитися новими силами та задуматися.

Якось мені до рук потрапила книга для читання з фізики. Гартуючи її, я побачила, що в домашніх умовах можна зробити фонтан. Мене зацікавили два питання: як працює фонтан і чи я зможу сама за допомогою дорослих зробити його вдома. Актуальнаця тема ще й тому, що зараз популярно мати вдома декоративні фонтани.

Об'єкт дослідження: Водограй

Предмет дослідження: принцип роботи різних фонтанів

Ціль: виявлення особливостей роботи проточного фонтану та фонтану Герона.

Завдання:

1. вивчити різні джерела інформації на цю тему;

2. вивчити принцип роботи проточного фонтану та фонтану Герона;

3. провести експеримент; проаналізувати, зробити висновки.

Гіпотеза:якщо ми дізнаємося, як працює фонтан, то можливо зможемо побудувати макет для його демонстрації

Методи дослідження: експеримент, спостереження, аналіз, узагальнення

Глава 1. Загальна характеристика фонтанів

1.1. Фонтани: історія виникнення

Перші фонтани виникли у Стародавньому Єгипті та Месопотамії, про що свідчать зображення на стародавніх надгробках. Спочатку вони використовували для поливу культур і декоративних рослин. Єгиптяни споруджували фонтани у фруктових садах біля будинку, де вони встановлювалися серед прямокутного ставка.

Подібні фонтани використовували і в Месопотамії та Персії, які славилися своїми прекрасними садами. Тут на Сході вони набували ще більшої популярності.

Величезні значення фонтани мали у Китаї та Японії. У створення знаменитого японського саду Кіото брали участь ченці буддисти. Кожен елемент цього саду – несе в собі особливе значення та викликає у відвідувачів певний настрій та стан душі.

Ландшафтною та архітектурною основою фонтанів та садів у Європі послужили перські сади. У середні віки сади з'являлися при монастирях і подібно до перського саду ділилися на чотири частини - для квітів, трав, овочевих культур і фруктових дерев. В середині саду була розташована криниця або фонтан - місце усамітнення, роздуми та молитви для послушників монастиря. Але в основному, як і в Стародавньому світі, у Середньовіччі фонтани використовувалися як джерела водопостачання – для поливу та пиття.

Тільки з початком Епохи Відродження фонтани в Європі стають частиною архітектурного ансамблю, його яскравим акцентом, а часом основним елементом.

У сучасних фонтанах значної ролі грають передові технології, нові винаходи.

1.2. Як працюють фонтани?

Пристрій фонтану заснований на принципі сполучених судин. (Додаток, малюнок 1)У сполучених судинах будь-якої форми і перерізу поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні. Воду збирають в ємність розташовану вище за басейн фонтану. При цьому тиск води на виході з фонтану дорівнюватиме різниці висот води. Відповідно чим більша різниця цих висот, тим сильніший тиск і вище б'є струмінь фонтану. Також на висоту струменя фонтана впливає діаметр вихідного отвору фонтану. Чим менше, тим вище б'є фонтан. (Додаток, малюнок 1)

Фонтан Герона. (Додаток, малюнок 2) Прилад складається з трьох судин, поміщених прямо одна над одною і сполучених між собою: дві нижні закриті, а верхній має форму відкритої чаші, в яку наливається вода, а також і в середній посуд, через отвір у дні чаші , потім закривається. По відкритій трубці, що йде від дна чаші майже до дна самої нижньої посудини, вода тече з чаші вниз і, стискаючи повітря, що знаходиться там, збільшує тим його пружність. Нижня посудина повідомлена із середнім за допомогою відкритої трубочки, що починається у верхньому дні його і йде до верхнього дна середньої судини, так що повітря, що знаходиться тут над поверхнею води, також стискається. Здійснюючи тиск на воду, повітря змушує її підніматися з середньої судини по особливій трубці, проведеній майже від його дна у верхню чашу, де з кінця цієї трубки, що піднімається над поверхнею води, і б'є фонтан. Висота фонтану, в ідеальних умовах, дорівнює різниці рівнів поверхні води в середньому та нижньому судинах. Але тертя рідини, що рухається в трубках та інші причини зменшують висоту фонтану. Вода фонтану, що падає в чашу, тече з неї по трубці в нижнє відділення приладу, де рівень води поступово підвищується, і тому висота стовпа, що давить, вимірюється від названого рівня до рівня води в чаші, поступово зменшується; рівень ж води в середній посудині, принаймні витрати води фонтаном, знижується. З цих двох причин висота фонтану поступово зменшується і, нарешті, рух води припиняється.

Стовп води у верхній посудині до її поверхні в нижній, створює надлишковий тиск у нижній посудині. Стиснене повітря з нижньої судини передає отриманий тиск у середню посудину. (Додаток, малюнок 2)

1.3. Види фонтанів

Природні. Відомі фонтани, що природно утворилися, називаються гейзерами - як, наприклад, на Камчатці.

Техногенні. Штучно створеним фонтаном є нафтова свердловина, що фонтанує. Батареї з багатьох водяних фонтанів гарячої води використовуються для її охолодження на теплових електростанціях. Декоративні. У побуті фонтаном називають специфічну гідротехнічну споруду, яка, як правило, виконує декоративну функцію. Утилітарну функцію мають питні фонтанчики , що дозволяють забезпечити підвищену гігієнічну безпеку при вгамуванні спраги масовим споживачем. Питні фонтани використовуються для забезпечення питного режиму у навчальних закладах, у виробничих цехах. Музичні. Музичний фонтан — тип фонтану, що має естетичний дизайн і створює у поєднанні з музикою художню виставу. Ефект досягається за допомогою перетину хвиль води та світлових ефектів, створюваних прожекторами або лазерами.

1.4. Фонтани у повсякденному житті

Гарний фонтан - це чудові ліки від стресів, від суєти повсякденного життя городян, оазис спокою та радості, місце для відпочинку та самоспоглядання.

Розділ 2. Експериментальні засади проекту

Із запропонованих принципів роботи фонтанів, ми побудували проточний фонтан, який працює на законі судин, що сполучаються, а також фонтан Герона.

2.1.Створення макета «Місто фонтанів» (на основі сполучених судин)

Обладнання:(Додаток, рис. 3; фото 1-6)

Ємність для збору води, 2 пластикові пляшки однакового розміру (резервуари для води), трубка від крапельниці, трубка для акваріума,

2 наконечники від гелієвої ручки, 2 наконечники від крапельниці, картон, клей, кольоровий папір, ємність для фонтану, декоративне оформлення.

2.Закріпити дві пластикові пляшки (резервуари для води) на опорах.

3. Прикріпити до них у першому випадку – 2 трубочки від крапельниці, у другому випадку – 2 трубочки від акваріума.

4. Вивести трубочки через ємність для збирання води

5. Прикріпити до трубочок у першому випадку наконечник від крапельниці, у другому випадку – наконечник від гелієвої ручки.

6. Надати естетичного вигляду споруді.

7. Провести експеримент.

Дослідження: Досвід №1(Додаток, фото 7, 8, 9, 10)

«Залежність висоти струменя у фонтані від взаємного розташування сполучених судин»

Хід роботи:змінюючи висоту резервуара, при постійному діаметрі отвору ми вимірювали висоту струменя фонтану.

Висновок: висота струменя фонтана залежить від висоти судини: чим вище посудина, тим вище струмінь фонтану

Досвід №2 (додаток, фото 11)

«Залежність висоти струменя у фонтані від діаметра отвору»

Хід роботи:не змінюючи висоту резервуара, ми брали різні наконечники: від крапельниці і гелієвої ручки і вимірювали висоту струменя.

Висновок:що менше діаметр вивідного отвору, то висота струменя фонтану більше.

Досвід №3 (додаток, фото 12) «Залежність висоти струменя у фонтані від діаметра трубки судини, що сполучається»

Хід роботи:Не змінюючи висоту резервуара, залишивши наконечники від акваріума, ми поміняли трубки.

резервуари для води	висота судини	отвори	висота струменя при наконечнику від акваріума	отвори	висота струменя при наконечнику від акваріума

Висновок:що більше діаметр трубки, то вища висота струменя фонтана.

2.2. Створення макету «Фонтан Герону»

Обладнання: (додаток, фото 13 - 19)

Ємність для збору води, 2 пластикові пляшки однакового розміру (резервуари для води), трубка від крапельниці, трубка для акваріума, 2 наконечники від гелієвої ручки, 2 наконечники від крапельниці, картон, клей, кольоровий папір, ємність для фонтану, декоративне оформлення.

Розробка технологічного процесу

1. Підготовка робочого місця, інструментів, матеріалів.

2. Три однакові за розміром пластикові баночки з'єднуємо між собою.

3. Створюємо герметичність ємностей та місць їх з'єднання.

4. Перед герметизацією вставляємо трубочки (додаток, схема 1)

5. Провести експеримент.

Дослідженняполягало в тому, що якщо ми правильно зібрали конструкцію, то фонтан буде працювати .

Принцип роботи:

Чаша. Назвемо її точкою відліку – стартом, з якого рідина починає свій рух у системі фонтану Герона. Це звичайна відкрита ємність, виготовлена ​​на кшталт миски або тарілки. З неї тонкою трубкою вода надходить у порожню ємність, розташовану в самому низу фонтану.

Нижня пуста ємність. Вона служить задля досягнення двох цілей. По-перше, вода, що стікає з чаші, стискає повітря, що міститься в ній, і тим самим створює тиск, необхідний для виштовхування води струменем вгору. І, по-друге, у ній збирається вода, яка створює цей тиск (тобто та, що стікає вниз). Тут вона залишається до наступної перезарядки фонтану.

Верхня ємність – у зарядженому стані вона з водою. Саме ця рідина і виштовхується назовні у вигляді тонкого струменя води. Виштовхується вона завдяки стиснутому повітрі - тиску, що утворився в нижній колбі. Це повітря тонкою трубкою надходить у верхню колбу, витісняючи звідти рідина, яка виливаючись фонтанчиком, знову потрапляє в чашу, звідки, знову-таки, стікає в нижню колбу.

Висновок: схема вірна – наш фонтан Герона працює

Висновок

Мені дуже сподобалося працювати над фонтаном. Він вийшов досить гарним. Це була дуже велика і складна практична робота, і звичайно, були речі, які в мене не виходили, чи вийшли. Я дізналася багато нового про фонтани та про їхню історію. Мною було проведено деякі досліди та зроблено висновки.

не у всіх фонтанах використовуються сполучені судини

в сполучених судинах однорідна рідина прагне опинитися на одному рівні

фонтан б'є не тільки за рахунок різниці висот води в сполучених судинах

речей, які здатні працювати самостійно, без зовнішнього джерела енергії, не так і багато, і особливе місце серед них займає фонтан Герона. Його основною перевагою є те, що він працює завдяки природним законам природи, не витрачаючи при цьому сторонньої енергії.

Джерела інформації

1. Кириллова І.Г. Книга для читання з фізики. 6-7 клас. Посібник для учнів. Упоряд. І.Г.Киріллова. М., «Освіта», 1978

2. Світ фонтанів. [Електронний ресурс]. - URL: http:// www. mirfontanov.ru /fountain_history.html

3. Спишнов П. А. Фонтани. Опис, конструкції, розрахунок. - М., 1950.

4. Танцююча вода. [Електронний ресурс].

5. Фонтани. [Електронний ресурс]. - URL: https://ua.wikipedia.org/wiki

6. Фонтан Герона. [Електронний ресурс]. - URL: https://ua.wikipedia.org/wiki/

7. Фонтан Герона: як зробити. [Електронний ресурс]. - URL: http://nw-ps.ru/fontan-gerona-kak-sdelat/

Програми

Малюнок 1. Фонтан на основі судин, що сполучені.

Малюнок 2. Фонтан Герона

Малюнок 3. Макет «Місто Фонтанів»

Схема 1. Принцип роботи фонтану Герона

Фото 1- 6. Створення макета «Місто фонтанів»

Фото 7. Заливаємо воду в резервуар для води Фото 8. Вимірюємо висоту ємностей

Фото 9, 10. Вимірюємо висоту струменя фонтану (первинний результат)

Фото 11, 12. Вимірюємо висоту струменя фонтану (кінцевий результат)

Фото 13. Матеріал для фонтану Герона

Фото 14, 15. Обробляємо поверхні герметиком

Фото 16, 17, 18, 19. Збираємо макет фонтану Герона

Космічні відстані слабо піддаються виміру у звичайних метрах та кілометрах, тому астрономи використовують у своїй роботі інші фізичні одиниці. Одна з них має назву світловий рік.


Багато любителів фантастики добре знайомі з цим поняттям, оскільки воно часто зустрічається у фільмах та книгах. Але не кожен знає, чому дорівнює світловий рік, а деякі взагалі думають, що він аналогічний звичайному річному обчисленню часу.

Що таке світловий рік?

Насправді світловий рік – це тимчасова одиниця, як можна було б припустити, а одиниця довжини, застосовувана в астрономії. Під нею розуміють відстань, яка долається світлом за один рік.

Зазвичай її застосовують у астрономічних підручниках чи науково-популярної фантастиці визначення довжин у межах Сонячної системи. Для точніших математичних розрахунків чи виміру відстаней у Всесвіті за основу беруть іншу одиницю – .

Поява світлового року в астрономії була пов'язана з розвитком зоряних наук та необхідністю використовувати параметри, які можна порівняти з масштабами космосу. Поняття ввели через кілька років після першого успішного виміру відстані від Сонця до зірки 61 Лебедя у 1838 році.


Спочатку світловим роком називали відстань, що проходить світлом за один тропічний рік, тобто за відрізок часу, що дорівнює повному циклу зміни сезонів. Проте з 1984-го за основу стали брати юліанський рік (365,25 дня), внаслідок чого виміри стали точнішими.

Як визначається швидкість світла?

Щоб розрахувати світловий рік, дослідникам довелося спочатку визначити швидкість світла. Колись астрономи вважали, що поширення променів у космосі відбувається миттєво, але в XVII столітті такий висновок почав викликати сумніви.

Перші спроби зробити розрахунки зробив Галілео Галлілей, який вирішив вирахувати час, за який світло долає 8 км. Його дослідження не мали успіху. Розрахувати приблизну величину вдалося Джеймсу Бредлі в 1728, який визначив значення швидкості в 301 тисячу км/с.

Яка швидкість світла?

Незважаючи на те, що Бредлі зробив досить вірні розрахунки, визначити точну швидкість змогли лише в XX столітті, використовуючи сучасні лазерні технології. Досконале обладнання дозволило зробити розрахунки з поправкою на коефіцієнт заломлення променів, у результаті ця величина становила 299 792,458 кілометрів на секунду.


Цими цифрами астрономи оперують досі. Надалі нехитрі обчислення допомогли з точністю встановити час, який променям необхідно на обліт орбіти земної кулі без на них гравітаційних полів.

Хоча швидкість світла не можна порівняти із земними відстанями, її використання при обчисленнях пояснюється тим, що люди звикли мислити «земними» категоріями.

Чому дорівнює світловий рік?

Якщо взяти до уваги, що світлова секунда дорівнює 299792458 метрів, легко підрахувати, що за хвилину світло долає 17987547480 метрів. Як правило, ці дані астрофізики застосовують для вимірювання відстаней усередині планетарних систем.

Для вивчення небесних тіл у масштабах Всесвіту набагато зручніше брати за основу світловий рік, що дорівнює 9,460 трлн кілометрів або 0,306 парсек. Спостереження за космічними тілами є єдиним випадком, коли людина може на власні очі бачити минуле.

Щоб світло, що випускається якоюсь далекою зіркою, досягло Землі, потрібно багато років. З цієї причини, спостерігаючи за космічними об'єктами, ви бачимо їх не такими, якими вони є в даний момент, а якими вони були на момент випромінювання світла.

Приклади відстаней у світлових роках

Завдяки можливості обчислювати швидкість руху променів, астрономи зуміли обчислити відстань у світлових роках багатьох небесних тіл. Так, відстань від нашої планети до Місяця становить 1,3 світлових секунди, до Проксиму Центавра – 4,2 світлових років, до туманності Андромеди – 2,5 мільйона світлових років.


Відстань між Сонцем та центром нашої галактики промені проходять приблизно за 26 тисяч світлових років, а між Сонцем та планетою Плутон – за 5 світлових годин.

Галактичні масштаби відстаней

Світловий рік ( св. м., ly) - позасистемна одиниця довжини, що дорівнює відстані, що проходить світлом за один рік.

Більш точно, за визначенням Міжнародного астрономічного союзу (МАС) світловий рік дорівнює відстані, яка світло проходить у вакуумі, не відчуваючи впливу гравітаційних полів, за один юліанський рік (рівний за визначенням 365,25 стандартної доби по 86 400 секунд СІ, або 31 557 600 секунд). Саме це визначення рекомендоване для використання у науково-популярній літературі. У професійній літературі для вираження великих відстаней замість світлового року зазвичай використовуються парсеки та кратні одиниці (кіло- та мегапарсеки).

Раніше (до 1984 року) світловим роком називалася відстань, що проходить світлом за один тропічний рік, віднесений до епохи 1900,0. Нове визначення відрізняється від старого приблизно 0,002 %. Так як дана одиниця відстані не використовується для високоточних вимірів, практичної різниці між старим і новим визначеннями немає.

Числові значення

Світловий рік дорівнює:

• 9 460 730 472 580 800 метрів (приблизно 9,46 петаметрів)
• 63 241,077 астрономічної одиниці (а. е.)
• 0,306 601 парсека

Пов'язані одиниці

Нижченаведені одиниці використовуються досить рідко, зазвичай лише в популярних публікаціях:

• 1 світлова секунда = 299 792,458 км (точно)
• 1 світлова хвилина ≈ 18 млн км
• 1 світлова година ≈ 1079 млн км
• 1 світлова доба ≈ 26 млрд км
• 1 світловий тиждень ≈ 181 млрд км
• 1 світловий місяць ≈ 790 млрд км

Відстань у світлових роках

Світловий рік зручний для якісного уявлення масштабів відстані в астрономії.

Масштаб	Значення (св. років)	Опис
Секунди	4·10 −8	Середня відстань приблизно дорівнює 380 000 км. Це означає, що променю світла, випущеному з поверхні, потрібно близько 1,3 секунди, щоб досягти поверхні Місяця.
Хвилини	1,6·10 −5	Одна астрономічна одиниця дорівнює приблизно 150 мільйонам кілометрів. Таким чином, світло доходить від Землі приблизно за 500 секунд (8 хвилин 20 секунд).
Годинник	0,0006	Середня відстань від Сонця приблизно дорівнює 5 світловим годинникам.
	0,0016	Апарати серій «Піонер» і, що летять за межі, приблизно за 30 років, що пройшли після запуску, пішли на відстань близько ста астрономічних одиниць від Сонця, і час їхнього відгуку на запити із Землі приблизно дорівнює 14 годин.
Рік	1,6	Внутрішній край гіпотетичного розташований у 50 000 а. е. від Сонця, а зовнішній - в 100 000 а. е. Щоб подолати відстань від Сонця до зовнішнього краю хмари, світлу знадобиться близько півтора року.
	2,0	Максимальний радіус області гравітаційного впливу Сонця («Сфери Хілла») – приблизно 125 000 а. е.
	4,2	Найближча до нас (не рахуючи Сонця), Проксима Центавра, розташована на відстані 4,2 ​​св. року.
Тисячоліття	26 000	Центр нашої Галактики знаходиться на відстані приблизно 26 000 світлових років від Сонця.
	100 000	Діаметр диска нашого – 100 000 світлових років.
Мільйони років	2,5·10 6	Найближча до нас M31, відома, віддалена від нас на 2,5 млн світлових років.
	3,14·10 6	(M33) знаходиться в 3,14 млн світлових років від нас і є найбільш віддаленим стаціонарним об'єктом, видимим неозброєним оком.
	5,8·10 7	Найближче, скупчення Діви, віддалено від нас на 58 мільйонів світлових років.
	Десятки мільйонів світлових років	Характерний розмір скупчень галактик діаметром.
	1,5 · 10 8 - 2,5 · 10 8	Гравітаційна аномалія «Великий атрактор» знаходиться на відстані 150-250 мільйонів світлових років від нас.
Мільярди років	1,2·10 9	Велика стіна Слоуна - одне з найбільших утворень, розміри її близько 350 Мпк. Щоб світло подолало її з кінця в кінець, потрібно близько мільярда років.
	1,4 · 10 10	Розмір причинно-пов'язаної області Всесвіту. Обчислюється із віку Всесвіту та максимальної швидкості передачі інформації - швидкості світла.
	4,57 · 10 10	Супутня відстань від Землі до краю Всесвіту, що спостерігається в будь-якому напрямку; супутній радіус Всесвіту (в рамках стандартної космологічної моделі Лямбда-CDM).



Швидка відповідь: анітрохи.

Часто нам ставлять дуже цікаві питання, відповіді на які бувають дуже нестандартними. Одне з таких питань ви бачите у заголовку. І справді, скільки земних років в одному світловому році? Можливо, ви будете розчаровані, але правильна відповідь — анітрохи. Як же так?

Справа в тому, що світловий рік — це не міра часу, а міра відстані. Якщо бути більш точним, то світловий рік дорівнює відстані, яка світло проходить у вакуумі, не відчуваючи впливу гравітаційних полів, за один юліанський рік (рівний за визначенням 365,25 стандартної доби по 86 400 секунд СІ, або 31 557 600 секунд), по визначення Міжнародного астрономічного союзу.

Тепер спробуємо вирахувати відстань світлового року. Для цього візьмемо позначку в 300 тисяч кілометрів на секунду (саме така швидкість світла) і помножимо на 31,56 мільйона секунд (стільки секунд на рік) і отримаємо величезну цифру – 9 460 800 000 000 км (або 9 460 000 мільйонів кілометрів). Ця фантастична цифра означає відстань, якій дорівнює світловий рік.

• 1 світловий місяць ~ 788 333 млн км

• 1 світловий тиждень ~ 197 083 млн км

• 1 світлова доба ~ 26 277 млн ​​км

• 1 світлова година ~ 1094 млн км

• 1 світлова хвилина ~ приблизно 18 млн км

• 1 світлова секунда ~ 300 тисяч км

Світловий рік – це та відстань, яка проходить світло за один рік. Міжнародна астрономічна спілка дала своє пояснення світловому році – це та відстань, яка проходить світло у вакуумі, без участі гравітації, за юліанський рік. Юліанський рік дорівнює 365 діб. Саме це розшифрування використовується в науковій літературі.

Якщо брати професійну літературу, то тут відстань розраховується у парсеках чи кіло- та мегапарсеках.

Є конкретні цифри, які визначили відстань світлового годинника, хвилин, днів і т.д.

• Світловий рік дорівнює 9460800000000 км,
• місяць– 788 333 млн. км.,
• тиждень– 197 083 млн. км.,
• доба- 26277 млн. км,
• година- 1094 млн. км.,
• хвилина- близько 18 млн. км.,
• секунда- Близько 300 тис. км.

Це цікаво!Від Землі до Місяця світло сягає середньому за 1,25 з, до Сонця його промінь домчится трохи більше, ніж 8 хвилин.

Цікавий факт про природу всесвіту

Зірка Бетельгейзе у сузір'ї Оріонмає вибухнути в найближчому майбутньому (насправді — в межах кількох століть).

Бетельгейзе розташована від нас на відстані від 495 до 640 світлових років.
Якщо вона вибухає прямо зараз, цей вибух жителі Землі побачать лише через 500-600 років.

А якщо ви бачите вибух сьогодні, то пам'ятайте, що насправді вибух стався приблизно за часів Івана Грозного.

Земний рік

Земним роком вважається відстань, що проходить землею за рік. Якщо брати до уваги всі розрахунки, то один світловий рік дорівнює 63242 земним рокам. Ця цифра відноситься саме до планети Земля, до інших, наприклад Марса чи Юпітера, вони будуть зовсім іншими. Світловий рік обчислює відстань від одного об'єкта небесного тіла до іншого. Цифри світлових і земних років настільки різні, хоч і означають відстань.