Н. В. Гончар

Вивчення природи місяця. 11-й клас

Вивчення природи Місяця

··· Прийоми та знахідки ···

Н.В.ГОНЧАР,
с. Стрітенка, Приморський кр.

Вивчення природи Місяця

Різноманітність даних про Місяці створює якусь методичну труднощі щодо її фізичної природи – викласти весь матеріал протягом часу, відведене шкільною програмою, виявляється неможливим. Мій досвід показує, що зміст цих уроків має зводитися до розгляду основних фізичних характеристик (розмірів, маси, середньої щільності, обертання, температури, рельєфу, особливостей будови поверхні) Місяця та розкриття принципів тих методів, якими вони знайдені. Важливо також розглянути причини, що спричиняють відсутність на Місяці атмосфери. Для активізації учнів та кращого засвоєння змісту слід передбачити самостійну роботу.

Матеріал пропоную розподілити так:

Урок 1. Фізичні характеристики Місяця (розмір, маса, середня щільність, прискорення вільного падіння, обертання, температура), методи визначення.

Урок 2. Відсутність на Місяці атмосфери, його причини, рельєф та будова місячної поверхні. (На цю тему, я вважаю, треба відводити 2 год. замість 1 год., передбаченого програмою.)

Виклад матеріалу на 1-му уроці я починаю з відомих учням відомостей: середньої відстані від Землі до Місяця ( a= 384 400 км) та видимого кутового діаметра ( d = 31" ) або кутового радіусу ( = 15,5 " 1/4 °). На дошці показую заздалегідь підготовлене креслення. Пропоную учням самостійно обчислити лінійний радіус Місяця за формулою RЛ = a sin.

З курсу математики учні знають, що синуси малих кутів пропорційні самим кутам, тому вважатимуться sin = sin1°. Прийнявши 1/4° і знайшовши по таблиці тригонометричних функцій sin1° = 0,0175, отримуємо RЗ = 384400 · 0,25 · 0,0175 1580 (км).

Вказую на наближеність отриманого результату та пояснюю причину: дещо занижено значення кутового радіусу Місяця. Записую на дошці прийняте в науці число RЛ = 1738 км, наголошую на припустимості помилки в 2% при наближених обчисленнях і пропоную учням виразити лінійний радіус Місяця через середній радіус Землі RЗ = 6371 км:

звідки робиться висновок про те, що діаметр Місяця приблизно в 4 рази менше земного.

Далі нагадую, що маси небесних тіл обчислюються за третім узагальненим законом Кеплера шляхом порівняння руху їх супутників, і пояснюю, що цей метод застосовний і для визначення маси Місяця. Розрахунок середньої щільності Місяця не проводжу на уроці, тільки нагадую, що середня щільність Землі 5,52 · 10 3 кг/м 3 , пишу на дошці значення середньої щільності Місяця (3,37 · 10 3 кг/м 3), та відношення цих щільності.

Порівнявши ці значення отримуємо Л = 0,61 З. Тут слід звернути увагу учнів на те, що невелика середня щільність Місяця свідчить про відсутність у неї щільного ядра, аналогічного земному.

Маса Місяця та його розміри визначають прискорення вільного падіння та параболічну швидкість (друга космічна швидкість) на місячній поверхні. Пояснюю, що прискорення вільного падіння можна знайти із закону всесвітнього тяжіння. Далі констатую, що прискорення вільного падіння на Місяці в 6 разів менше від земного:

Параболічна швидкість на поверхні Місяця визначається за формулою відомої з курсу фізики (розрахунок параболічної швидкості виконується за наявності часу).

Температура на Місяці була встановлена ​​наземними спостереженнями: на денній півкулі вона досягає +130 ° С, а на нічному знижується до -170 ° С. Космічні дослідження, проведені на Місяці, підтвердили велику відмінність температур на її денній та нічній півкулях.

На закінчення уроку учні повинні зробити загальні висновки про основні характеристики Місяця порівняно з земними.

Домашнє завдання: § 13 підручника Є.П.Левітана"Фізика-11". - М.: Просвітництво, 1994. Питання 1, с. 67 (письменно у зошит).

На 2-му уроці пропоную учням назвати основні фізичні умови на Місяці, перерахувати фізичні характеристики. Потім приступаю до пояснення відсутності атмосфери на Місяці: повідомляю та записую на дошці значення середніх квадратичних швидкостей молекул водню (2240 ​​м/с), азоту та чадного газу (по 600 м/с), кисню (560 м/с). Підкреслення, що всі вони перевершують першу космічну швидкість (кругова швидкість), тому гази, що виділяються з місячних надр, випаровуються в космічний простір. Вода не може існувати в рідкому стані без атмосферного тиску.

Пояснюю, що атмосфера і вода на Землі поступово руйнують рельєф, а на Місяці зміни рельєфу дуже слабкі та викликаються слабкою тектонічною діяльністю та падінням метеоритів. Працюємо з місячним глобусом.

Узагальнення та закріплення матеріалу проводжу шляхом самостійної роботи учнів із картками: перерахувати форми рельєфу, видимі на фотографіях місячної поверхні; показати на місячній карті і назвати два-три моря, два-три кратери.

Далі повідомляю, що лабораторні дослідження місячних порід показали схожість їхнього хімічного складу із земними породами, що свідчить про матеріальну єдність Всесвіту. Однак місячний ґрунт – реголіт – більш пухкий. Весь інший матеріал учні вивчають самостійно за підручником Є.П.Левітана.

ПРО АВТОРА. Наталія Володимирівна Гончарнародилася та виросла в Алма-Аті. 1985 р. закінчила фізфак Казахського ГПУ ім. Абая. З 1988 р. живе та працює у с. Стретенка Дальнеріченського району Приморського краю. З 1999 року є директором школи. Син – студент факультету прикладної інформатики Далекосхідного ТУ.

Решитель з астрономії 11 клас на урок №11 (робочий зошит) - Рух космічних апаратів

1. Запишіть формули, за якими визначають значення космічних швидкостей на поверхні землі, і поясніть величини, що входять до них.

Проаналізуйте записані формули та зробіть висновки.

Космічні швидкості поверхні інших небесних тіл залежить від мас небесних тіл та його радіусів.

Траєкторією руху тіл є:

а) коло
б) парабола щодо Землі
в) гіпербола щодо Землі та парабола щодо Сонця

2. Розрахуйте першу (а) та другу (б) космічні швидкості для Місяця (маса Місяця m = 7.35*10 22 кг, а його радіус R = 1740 км).

Рішення:
а) перша космічна швидкість для Місяця:

б) друга космічна швидкість для Місяця:

3. Чи може період звернення штучного супутника Землі, що рухається за законами Кеплера, бути T = 81 хв? Відповідь аргументуйте.

Ні, оскільки найменший період звернення штучного супутника Землі дорівнює 84.4 хв, що з наступного расчета:

4. Дайте визначення поняттям.

Орбіта - траєкторія, якою рухається небесне тіло у космічному просторі у полі тяжіння інших небесних тіл та його систем.
Апогей - найбільш віддалена від Землі точка орбіти Місяця чи штучного супутника Землі.
Перігей - найближча до Землі точка орбіти Місяця чи штучного супутника Землі.
Ексцентриситет орбіти - міра сплюснутості еліпса, що дорівнює відношенню відстані між фокусами до більшої осі еліпса.

5. Вкажіть форми орбіт небесних тіл, якщо їх ексцентриситети набувають наступних значень:

6. Розрахуйте час польоту напівеліптичною орбітою: а) до Марса; б) до Венери.

ГРАВІТАЦІЙНЕ ПОЛЕ 2 - ПАРАБОЛИЧНА ШВИДКІСТЬ

Щоб ракета покинула Землю і змогла долетіти до Місяця чи інших планет, вона має розвинути швидкість близько 11 км/с. Мінімальна швидкість, необхідна для подолання тілом сили тяжіння іншого, масивнішого тіла, називається параболічній.Щодо планет її ще називають другою космічною швидкістю, або швидкістю догляду. Якщо двигуни ракети недостатньо потужні, вона зможе розвинути цю швидкість і залишиться на околопланетной орбіті чи впаде планету.

Щоб ракета масою m покинула планету масою М першою, потрібна енергія, що дорівнює GMm/R,де R -радіус планети. Ракета має залишити гравітаційне тяжіння планети завдяки своїй кінетичній енергії, яка після вироблення палива дорівнює GMm/R.Швидкість догляду v yxмає бути такою, щоб мінімум кінетичної енергії 1 / 2 mv 2 yxтакож дорівнював GMm/R.

Таким чином, швидкість відходу від поверхні планети дорівнює 2GM/R,або 2g s R,оскільки g s ,сила тяжіння біля поверхні планети, визначається за формулою GM/R 2 .У поверхні Землі g= 9,80 Н/кг, а R= 6370 км (приблизно). Звідси швидкість догляду дорівнює (2 x 9,80 x 6370 x 1000) = 11200 м/с. Біля поверхні Місяця g= 1,62 Н/кг та R= 1740 км, звідси швидкість догляду дорівнює 2380 м/с. Так як параболічна швидкість відходу від поверхні Місяця значно менша, ніж та ж швидкість у поверхні Землі, астронавти з корабля «Аполлон» могли стартувати з Місяця за допомогою значно менших модулів, ніж ракета-носій «Сатурн», яка стартувала із Землі.

Земля має атмосферу, Місяць не має. Молекули газу в атмосфері Землі рухаються зі швидкістю, меншою за швидкість догляду (11,2 км/с), і тому вони не можуть подолати силу земного тяжіння. Молекули газу біля поверхні Місяця мали б той самий діапазон швидкостей, як і молекули газу біля поверхні Землі, оскільки діапазон температур там приблизно той самий, як і Землі. Але вони легко покинули б Місяць, тому що швидкість відходу від поверхні там значно менша.

Параболічна швидкість

Аналіз другої космічної швидкості за Ісаком Ньютоном. Снаряди A та B падають на Землю. Снаряд C виходить на кругову орбіту, D – на еліптичну. Снаряд E відлітає у відкритий космос.

Друга космічна швидкість (параболічна швидкість, швидкість втікання) - найменша швидкість, яку необхідно надати об'єкту (наприклад, космічному апарату), маса якого зневажливо мала щодо маси небесного тіла (наприклад, планети), для подолання гравітаційного тяжіння цього небесного тіла. Передбачається, що після набуття тілом цієї швидкості воно не отримує негравітаційного прискорення (двигун вимкнений, атмосфера відсутня).

Друга космічна швидкість визначається радіусом та масою небесного тіла, тому вона своя для кожного небесного тіла (для кожної планети) та є його характеристикою. Для Землі друга космічна швидкість дорівнює 112 км/с. Тіло, що має біля Землі таку швидкість, залишає околиці Землі і стає супутником Сонця. Для Сонця друга космічна швидкість становить 6177 км/с.

Параболічною друга космічна швидкість називається тому, що тіла, що мають другу космічну швидкість, рухаються параболою .

Висновок формули

Для отримання формули другої космічної швидкості зручно звернути завдання - запитати, яку швидкість отримає тіло на поверхні планети, якщо падатиме на неї з нескінченності. Очевидно, що це та швидкість, яку треба надати тілу на поверхні планети, щоб вивести його за межі її гравітаційного впливу.

де ліворуч стоять кінетична і потенційна енергії лежить на поверхні планети (потенційна енергія негативна, оскільки точку відліку взято на нескінченності), справа те саме, але у нескінченності (покинуте тіло межі гравітаційного впливу - енергія дорівнює нулю). Тут m- Маса пробного тіла, M- Маса планети, R- Радіус планети, G- гравітаційна постійна , v 2 – друга космічна швидкість.

Дозволяючи щодо v 2 , отримаємо

Між першою та другою космічними швидкостями існує просте співвідношення:

Квадрат швидкості втікання дорівнює подвоєному ньютонівському потенціалу в даній точці (наприклад, на поверхні планети):

Друга космічна швидкість (швидкість визволення) лежить на поверхні деяких небесних тіл

Небесне тіло			Небесне тіло	Маса (стосовно маси Землі	2-а космічна швидкість, км/с
Меркурій	0,055	4,3	Сатурн	95,3	36,0
Венера	0,82	10,22	Уран	14,5	22,0
Земля	1	11,2	Нептун	17,5	24,0
Марс	0,108	5,0	Місяць	0,0123	2,4
Юпітер	318,3	61,0	Сонце	333 000	617,7
Сіріус В	325 675	10 000	Нейтронна зірка	666 000	200 000
Кваркова зірка	832 500	300 000	Чорна діра	832 500 - 5,6*10 15	Нескінченність

Див. також

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Параболічна швидкість" в інших словниках:

Мінімальна швидкість, яку потрібно повідомити тілу масою m (напр., космічного апарату), щоб воно могло подолати гравітаційне тяжіння іншого тіла масою М m (напр., Землі) і, рухаючись параболічною траєкторією, назавжди залишити… Великий Енциклопедичний словник

Див Космічні швидкості. Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1988 … Фізична енциклопедія

Мінімальна швидкість, яку потрібно повідомити тілу масою т (наприклад, космічного апарату), щоб воно могло подолати гравітаційне тяжіння іншого тіла масою М>>т (наприклад, Землі) і, рухаючись параболічною траєкторією, назавжди… Енциклопедичний словник

параболічна швидкість- parabolinis greitis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Paraboline trajektorija judančio taško ar kūno greitis. atitikmenys: англ. parabolic velocity vok. parabolische Geschwindigkeit, f rus. параболічна швидкість, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

параболічна швидкість- parabolinis greitis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. parabolic velocity vok. parabolische Geschwindigkeit, f rus. Параболічна швидкість, f pranc. vitesse parabolique, f … Fizikos terminų žodynas

Швидкість, яку потрібно повідомити тому чи іншому тілу (космічному зонду, частинці атмосфери тощо), щоб воно, подолавши тяжіння Землі (місяця, планети та ін.), віддалилося від неї параболічною орбітою. П. с. зменшується з відстанню. Велика Радянська Енциклопедія