Исследовательская работа по физике "Ускорение свободного падения на других планетах"

Научно-практическая конференция малой академии наук Бижбулякского района

Секция: физика

Исследовательская работа

Ускорение свободного падения  и вес на планетах солнечной системы

                                                                                                                                        Автор: Якубенко Тимур            МОБУ СОШ с. Демский муниципального района Бижбулякский район   7 класс

Руководитель: Учитель физики и математики МОБУ СОШ  с. Демский муниципального района Бижбулякский район                                  с. Демский Кутуева М.В.

Актуальность: Человек издревле, глядя на небо, думал о том, что же там, в неведомой дали вселенной, находится, и есть ли жизнь на других планетах. С развитием науки и космонавтики у людей появилась возможность изучать ближайшие к нам планеты. Со временем возможен полет космических аппаратов к ним.  Поэтому нужно знать  характеристики этих планет и силу тяжести у их поверхности.

Цель: Изучение действия всемирного тяготения на планетах Солнечной системы

Задачи:

Ÿ  Используя закон всемирного тяготения и значения радиусов и масс планет вычислить значения ускорения свободного падения  и веса тела массой 35 кг для планет;

Ÿ  Провести сравнительный анализ

Объект исследования: Всемирное тяготение

Предмет исследования: Ускорение свободного падения и вес

Методы исследования: Изучение справочной литературы, вычисление и анализ полученных результатов.

Практическая значимость: Знание ускорения свободного падения необходимо при запуске искусственных летательных аппаратов.

Выводы: Вес тела на различных планетах будет различен.  Он меньше всего на Меркурии и Марсе. На Юпитере же вес самый большой и там все было бы тяжелее, чем на Земле в 2,4 раза.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. 4

Планеты солнечной системы.. 5

Закон всемирного тяготения. 8

Вычисление ускорения свободного падения и силы тяжести. 9

Факторы, влияющие на вес. 11

Заключение. 12

Литература. 13

Введение

Мы в этом году начали изучать физику и на уроках узнали, почему все физические тела падают на Землю. Закономерность этого явления выяснил великий ученый Исаак Ньютон. Ходит даже легенда, что он до этого додумался, когда на его голову упало яблоко. Оказывается, на все тела у поверхности Земли действует сила тяжести, которая зависит от массы тела и расстояния до центра Земли. При этом на каждый килограмм массы действует сила тяжести, равная 9,8 Н/кг. Мне стало интересно, а какая сила тяжести действует на тела у поверхности других планет солнечной системы. Ведь когда-нибудь в будущем, может, на все эти планеты отправят летательные аппараты, а на некоторые, может быть, полетят и люди.

Планеты солнечной системы

Для начала я решил выяснить, что такое планета, а также – сколько планет в Солнечной системе и узнать о каждой из них в отдельности. Ранее планетой считалось любое тело, которое обращается вокруг Солнца, светится отраженным от нее светом и имеет достаточно большой размер.

Еще в Древней Греции упоминали о семи светящихся телах, которые движутся по небу на фоне неподвижных звезд. Этими космическими телами были: Солнце, Меркурий, Венера, Луна, Марс, Юпитер и Сатурн. Земля в этот перечень не входила, так как древние греки считали именно Землю центром всего. И только в XVI веке Николай Коперник пришел к выводу, что не Земля, а именно Солнце находится в центре системы планет. Поэтому из списка убрали Солнце и Луну и внесли в него Землю. А после появления телескопов добавили Уран и Нептун.

Наша Солнечная  система состоит из центральной звезды – Солнца – и всех естественных космических объектов, обращающихся вокруг нее.
На сегодняшний день Солнечная система состоит из восьми планет: четырех внутренних, так называемых планет земной группы, и четырех внешних планет, называемых газовыми гигантами.

К планетам земной группы относятся Земля, Меркурий, Венера и Марс. Все они состоят в основном из силикатов и металлов и по размерам похожи на Землю.

Внешние планеты – это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В состав газовых гигантов входят главным образом водород и гелий. 
Размеры планет Солнечной системы различаются как внутри групп, так и между группами. Так, газовые гиганты намного крупнее и массивнее, чем планеты земной группы.

Ближе всех к Солнцу находится Меркурий, затем по мере удаления: Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Меркурий

Меркурий – это самая маленькая планета системы, которая находится ближе других к Солнцу. Атмосфера Меркурия сильно разряжена, состоит в основном из гелия.

Венера

Венера – вторая по близости к Солнцу планета солнечной системы. Своими размерами Венера лишь немного уступает Земле, поэтому ее иногда называют «сестрой Земли». Атмосфера Венеры намного плотнее и горячее атмосферы Земли, температура около 450°С и содержит облака из серной кислоты.

Земля

Земля – это единственная известная на сегодня планета во Вселенной, на которой есть жизнь. Земля обладает наибольшими размерами, массой и плотностью среди так называемых внутренних планет Солнечной системы.

Марс

Марс – четвертая от солнца планета в Солнечной системе. «Красная планета», как его еще называют благодаря наличию большого количества оксида железа в грунте.  Атмосфера Марса сильно разряжена. Среднегодовая температура на планете равняется -60°С.

Юпитер

Юпитер – это самая большая планета Солнечной системы. Она в 318 раз тяжелее Земли и почти в 2,5 раза массивнее, чем все планеты нашей системы вместе взятые. Он состоит преимущественно из газов гелия и водорода – и излучает огромное количество тепла.

Сатурн

Визитная карточка Сатурна – это, конечно же, его система колец, которая состоит в основном из ледяных частиц разного размера и горных пород и пыли. По своему составу Сатурн напоминает Юпитер, однако по плотности он уступает даже обыкновенной воде. Внешняя атмосфера планеты выглядит спокойной и однородной, что объясняется очень плотным слоем тумана. Однако скорость ветра местами может достигать 1800 км/ч.

Уран

Уран – это первая планета, обнаруженная с помощью телескопа, а также единственная планета в Солнечной системе, которая оборачивается вокруг Солнца, «лежа на боку». Атмосфера Урана довольно плотная и состоит в основном из водорода и гелия.

Нептун

Нептун – самая удаленная от центра планета Солнечной системы. Интересна история его открытия: прежде чем наблюдать планету в телескоп, ученые с помощью математических расчетов вычислили ее положение на небе. Произошло это после обнаружения необъяснимых изменений при движении Урана по собственной орбите. На планете дуют самые быстрые ветра в Солнечной системе: их скорость достигает 2200 км/ч.

Закон всемирного тяготения.

Исаак Ньютон смог объяснить движение тел на поверхности Земли и в космическом пространстве с помощью закона всемирного тяготения. Ньютон пришел к своей теории в результате многолетних исследований движения Луны и планет . Он установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона  всемирного тяготения:

«Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и об­ратно пропорционален квадрату расстояния между ними:

где m₁ и m₂ - массы взаимодействующих тел, R - расстояние между телами, G - гравитационная постоянная, она численно равна силе гравитационного притяжения двух тел, массой по 1кг, находящихся расстоянии 1м одно от другого. Она одинакова для всех тел в природе и равна

G =6,67 * 10^-11 Н*м²/кг²

Вычисление ускорения свободного падения и силы тяжести

У поверхности Земли силу тяжести вычисляют по формуле =m*g, где g является постоянной величиной полученной при подстановке в формулу закона всемирного тяготения значения массы и радиуса Земли. Вычислю силу тяжести, которая действовала бы на меня на поверхности  планет, если бы я попал туда.  Масса моего тела 35 кг.

1)    На планете Земля

Дано: Мз=5,976*10²⁴ кг                                    Решение.                                                  m=35кг

           R=6,371*10⁶ м               g=G  g=6,67*10^-11 Н*м²/кг²=9,8                       

g=? ,=? .                             =m*g   = 35 кг*9,8  =343 H

2)На планете Меркурий

Дано: Мм=0,33*10²⁴ кг                                    Решение.                                                   m=35кг

           R=2,4395*10⁶ м          g(м)=G  g=6,67*10^-11 Н*м²/кг²=3,7                      

g=? ,=? .                           =m*g   = 35 кг*3,7  =129,5 H

Подобным образом я получил  значения  и для других планет.

Название планеты	Массы планет(*1024кг)	Радиус планет (км)	Сила тяжести действующая тело массой в1 кг (g)	Вес  при массе 35 кг
Меркурий	0,33	2439,5	3,7 H/кг	129,5 H
Венера	4,87	6052	8,9  H/кг	311,5 H
Земля	5,976	63878	9,8  H/кг	343 H
Марс	0,642	3397	3,7  H/кг	129,5  H
Юпитер	1899	71492	24,7  H/кг	864,5H
Сатурн	568	60268	9  H/кг	315 H
Уран	86,8	25559	8,7  H/кг	304,5 H
Нептун	102	24764	11  H/кг	385 H

Значения для моего веса на различных планетах.

Факторы, влияющие на вес

В процессе изучения материала я узнал, что существует несколько факторов, влияющих на вес тела. Так, например, на вес яблока, лежащего на столе, могут влиять:

1.     атмосфера, выталкивающая яблоко посредством  архимедовой силы;

2.     конвекционные потоки нагретого или холодного воздуха;

3.     освещающие яблоко солнечные лучи, оказывающие на него давление;

4.     изменение влажности атмосферы;

5.     изменение ускорения свободного падения, вызванное непрерывным изменением массы Земли.

С учетом этого, очевидно, что, например, на Венере, имеющей сравнительно плотную атмосферу, вес тела будет значительно изменяться из-за архимедовой силы атмосферы планеты.

По справочным данным, плотность атмосферы у поверхности планеты:

Объем  газа, вытесняемого из атмосферы, равен объему тела человека, узнать который можно по объему вытесненной из бочки воды при полном погружении:

Тогда архимедова сила, действующая на тело, равна:

При этом сила тяготения:

Поэтому вес тела с учетом действия атмосферы:

Заключение

В итоге получаем, что сила тяжести будет меньше всего на Меркурии и Марсе. И если бы там можно было ходить, то люди бы передвигались легко, могли бы делать большие прыжки. На Юпитере же сила тяжести самая большая и там все было бы тяжелее, чем на Земле в 2,4 раза. И ходить там было бы труднее. На самом деле на планетах гигантах мы вообще бы не смогли стоять,  так как, аналога земной коры газовые гиганты не имеют. У них нет твёрдой поверхности, поскольку под атмосферой располагаются в основном замёрзшие слои водородных соединений: воды, метана, аммиака и тому подобных газов, а под ними, возможно, находится каменное ядро. 

Так же известно, что температура на внешних оболочках атмосфер планет  гигантов очень низка: от -140 до -200°С. Они содержат много газообразного метана, а Юпитер и Сатурн — также аммиака. В таких условиях высшие земные организмы существовать не могут. Поэтому, я думаю, что если ученые захотят получить более подробную информацию о данных планетах, то туда будут посылать только летательные аппараты со специализированной робототехникой, а люди сами не полетят.

Литература

1.     http://vse-sekrety.ru/24-skolko-planet-v-solnechnoj-sisteme.html

2.     http://galspace.spb.ru/xaracteris.html

3.     http://www.astrogalaxy.ru

4.     http://www.pravda.ru/science/planet/space/29-05-2013/1157745-cosmowinds-0/

5.     Астрономия, 11 класс, Порфирьев В.В.,2003г Москва.

6.     Физика. 7 класс.Учебник., Перышкин  А.В. Дрофа.