Ruch ciał niebieskich - podręcznik dla uczniów, Fizyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Podręcznik dla uczniów
Ruch ciał niebieskich
Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej
ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, tel. +48 58 348 63 70
„e-Doświadczenia w fizyce”
– projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
1
Ruchciałniebieskich
Niniejsze e-do±wiadczenie po±wi¦cone zostało zagadnieniom zwi¡-
zanym z ruchem ciał niebieskich. Za jego pomoc¡ b¦dziemy mogli
zbada¢ model Układu Słonecznego, pozna¢ prawa Keplera oraz wy-
znaczy¢ pr¦dko±ci kosmiczne i trajektorie planet. B¦dziemy mieli
tak»e okazj¦ zbudowa¢ własny układ planetarny oraz pozna¢ układ
podwójnej gwiazdy.
Ciałoniebieskie
Ciałem niebieskim nazywamy dowolny obiekt fizyczny (czyli przed-
miot rozci¡gły w czasie i przestrzeni) wyst¦puj¡cy w przestrzeni
kosmicznej, czyli poza obszarem ziemskiej atmosfery (umownie
granic¡ jest tzw.
linia Karmana
, znajduj¡ca si¦ 100 km nad
powierzchni¡ Ziemi).
Ciałem niebieskim mo»e by¢ tak»e układ obiektów i struktur
powi¡zanych ze sob¡ siłami grawitacji. Jako ciała niebieskie
klasyfikujemy mi¦dzy innymi: gromady galaktyk, galaktyki,
gwiazdy, układy planetarne, planety, ksi¦»yce. Jak wida¢ rozmiary
i struktury ciał niebieskich s¡ bardzo ró»ne, zatem i ich ruch mo»e
zdecydowanie si¦ ró»ni¢ wzgl¦dem siebie.
Układplanetarny
Układem planetarnym nazywamy układ planet (lub innych ciał nie-
bieskich) kr¡»¡cych wokół centralnej gwiazdy lub układu gwiazd.
Znanych jest ponad 500 ró»nych układów planetarnych we Wszech-
±wiecie.
UkładSłoneczny
Najbardziej znanym układem planetarnym jest układ, w którym
znajduje si¦ Ziemia, zwany Układem Słonecznym. Układ ten składa
si¦ z centralnej gwiazdy (Sło«ce) i powi¡zanych z ni¡ grawitacyjnie
o±miu planet. S¡ to kolejno Merkury, Wenus, Ziemia, Mars (które
s¡ planetami skalistymi) oraz Jowisz, Saturn, Uran i Neptun (które
s¡ tzw. gazowymi olbrzymami). Ponadto, w Układzie Słonecznym
znajduje si¦ pi¦¢ planet karłowatych i miliardy tzw. „małych ciał”,
do których zalicza si¦ mi¦dzy innymi pył mi¦dzyplanetarny, mete-
roidy, planetoidy oraz komety.
1
 Jednostka
astronomiczna
Do okre±lania odległo±ci w Układzie Słonecznym cz¦sto u»ywa si¦
jednostki astronomicznej (j.a., ang. AU). Jedna jednostka astrono-
miczna jest równa ±redniej odległo±ci Ziemi od Sło«ca, równej (w
przybli»eniu) 149 600 000 km.
Gwiazda
Gwiazd¡ nazywamy kuliste ciało niebieskie, które jest skupiskiem
plazmy b¡d¹ zdegenerowanej materii, powi¡zanej grawitacyjnie. W
j¡drze gwiazd zachodz¡ procesy syntezy j¡drowej, której skutkiem
jest emisja energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego.
Planeta
Planet¡ nazywamy ciało niebieskie, które kr¡»y wokół gwiazdy i
w którym nie zachodz¡ reakcje termoj¡drowe. Obiekt ten musi by¢
wystarczaj¡co du»y, by osi¡gn¡¢ kształt bliski kulistemu oraz domi-
nowa¢ w przestrzeni wokół swojej orbity. W odró»nieniu od gwiazd,
planety ±wiec¡ ±wiatłem odbitym.
2
 2
UkładSłoneczny
W ¢wiczeniach w bie»¡cym rozdziale zajmiemy si¦ modelem Układu
Słonecznego. B¦dziesz mógł m.in. zobaczy¢ jak planety kr¡»¡ wokół
Sło«ca, pozna¢ rozmiary Układu Słonecznego oraz poszczególnych
planet (wraz z odległo±ciami mi¦dzy nimi) oraz pozna¢ podstawowe
wielko±ci opisuj¡ce nasz układ planetarny.
Na ka»dym etapie do±wiadczenia b¦dziesz miał mo»liwo±¢ zmiany
liczby gwiazd lub planet, oraz b¦dziesz mógł sterowa¢ rozmieszcze-
niem poszczególnych ciał niebieskich i ich pr¦dko±ciami.
W celu zaobserwowania zmian w układach, wszystkie zmiany pa-
rametrów poszczególnych ciał musz¡ zosta¢ zatwierdzone poprzez
klikni¦cie przycisku ZATWIERD, znajduj¡cego si¦ w ka»dej za-
kładce konfiguracji ciał niebieskich.
Nawigacja
Do poruszania si¦ po układach słu»¡ przyciski po prawej stronie.
Korzystaj¡c ze strzałek (poprzez klikni¦cie lub przytrzymanie my-
sz¡) mo»na si¦ porusza¢ prawo–lewo i góra–dół. Dodatkowo znaj-
duj¡ si¦ strzałki słu»¡ce do przybli»ania i oddalania układu oraz
strzałki słu»¡ce do obracania zgodnie, lub przeciwnie z ruchem
wskazówek zegara. Klikni¦cie na ludzika powoduje przeniesienie do
domy±lnego centrum układu.
Nad okienkiem nawigacji znajduje si¦ d»ojstik, który umo»liwia ob-
racanie układu (wzgl¦dem centrum) w dowolnych płaszczyznach.
Sterowanie d»ojstikiem przebiega za pomoc¡ myszy.
wiczenie1
BadanieUkładuSłonecznego
Zastanówsi¦
Przed przyst¡pieniem do do±wiadcze«, zastanów si¦ nad rozmia-
rami Układu Słonecznego. W jakich odległo±ciach od siebie znaj-
duj¡ si¦ planety? Czy ich rozmiary s¡ porównywalne? Jak wygl¡-
dałaby Ziemia, gdyby znajdowała si¦ obok Sło«ca?
Układrzeczywisty
"
Wybierz na pasku narz¦dzi „Układy ciał niebieskich”, a na-
st¦pnie wybierz UKŁAD SŁONECZNY.
"
Przed uruchomieniem do±wiadczenia, korzystaj¡c z okienka na-
3
 wigacji znajduj¡cego si¦ z prawej strony ekranu, postaraj si¦ zloka-
lizowa¢ wszystkie planety znajduj¡ce si¦ w układzie.
"
Na panelu dolnym, w zakładce „Konfiguracja”, zaznacz opcj¦
„Poka» trajektorie”.
"
Aby zaoszcz¦dzi¢ na czasie mo»esz przyspieszy¢ upływ czasu
poprzez wybranie odpowiedniej warto±ci w rozwijanym menu, w
zakładce „Konfiguracja”.
"
Ukryj panel dolny poprzez klikni¦cie na guzik UKRYJ PA-
NEL, a nast¦pnie uruchom do±wiadczenie poprzez wci±ni¦cie URU-
CHOM.
"
Korzystaj¡c z przycisków nawigacji ustaw układ tak, aby było
wida¢ jak najwi¦cej trajektorii planet.
"
Dalej mo»esz swobodnie nawigowa¢ po układzie, by jak najle-
piej pozna¢ działanie i mo»liwo±ci do±wiadczenia.
"
Jakie s¡ twoje wnioski na temat rozmiarów układu i poszczegól-
nych planet, oraz odległo±ci mi¦dzy nimi? Czy przy mo»liwo±ciach
obecnej technologii, człowiek jest w stanie, w czasie swojego »ycia,
dosta¢ si¦ na kraniec naszego Układu Słonecznego?
Układprzeskalowany
"
Zatrzymaj do±wiadczenie poprzez wci±ni¦cie przycisku ZATRZY-
MAJ oraz wysu« panel dolny poprzez wci±ni¦cie przycisku POKA
PANEL.
"
W zakładce „Konfiguracja” wybierz opcj¦ „Przywró¢ wszystkie
ustawienia”, która spowoduje powrót układu do stanu wyj±ciowego.
"
Wybierz równie» opcj¦ „Przeskaluj Układ Słoneczny”, która
powi¦kszy rozmiary planet tak, by były lepiej widoczne. Ponownie
zaznacz opcj¦ „Poka» trajektorie”.
"
W ka»dym momencie przebiegu pomiarów mo»esz równie» ob-
serwowa¢ wektory pr¦dko±ci poszczególnych planet, poprzez zazna-
czenie opcji „Poka» kierunki pr¦dko±ci”. Pami¦taj »e, wraz ze zmian¡
poło»enia planety na orbicie, zmienia si¦ tak»e jej pr¦dko±¢.
Zastanówsi¦
"
Przed uruchomieniem do±wiadczenia zastanów si¦, po jakim to-
rze poruszaj¡ si¦ planety? Czy s¡ to koła, czy elipsy?
"
Ponownie uruchom do±wiadczenie.
"
Dlaczego niektóre trajektorie s¡ bardziej „kołowe” ni» „elip-
tyczne”? Od czego zale»y kształt orbity? Dlaczego planety kr¡»¡
wokół Sło«ca? Odpowiedzi uzasadnij.
"
Zmierz i zanotuj okresy obiegu Sło«ca przez poszczególne pla-
nety.
4
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • frania1320.xlx.pl

    • Tematy