Исследовательская работа учащихся 5а класса по теме "Черные дыры в космосе"

Городская научно-практическая конференция учащихся

«Шаг в будущее»

Авторы:

1.           Сиразодтинов Александр Сергеевич, ученик 5 «А» класса МБОУ «НСОШ №1»; 2.           Долматов Дмитрий Анатольевич, ученик 5 «А» класса МБОУ «НСОШ №1»; 3.           Раднаев Саян Евгеньевич, ученик 5 «А» класса МБОУ «НСОШ №1»;

Руководитель:

Карагаева Анастасия Александровна, учитель информатики и ИКТ МБОУ «НСОШ №1»

2016, п. Нижнеангарск

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ ЧЕРНАЯ ДЫРА?. 4

ГЛАВА 2. ЗАРОЖДЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ. 5

ГЛАВА 3. АНАЛОГИ «ЧЁРНЫХ ДЫР» НА ЗЕМЛЕ. 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 10

ПРИЛОЖЕНИЕ. 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ.. 18

 ВВЕДЕНИЕ

Одними из самых загадочных объектов во Вселенной являются черные дыры. Мы не случайно выбрали эту тему.

Чёрная дыра – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света).

Черные дыры являются одновременно очень простыми и очень сложными в понимании. Черная дыра является порождением тяготения. Их трудно изучать, так как они в данный момент времени недосягаемы для нас. Гипотеза – действительно ли черная дыра все поглощает и ничего не выпускает?

Актуальность данной работы с научной точки зрения состоит в:

v отсутствие знаний об объекте черная дыра;

v изучить такие загадочные объекты Вселенной как черные дыры;

v расширить спектр наших знаний о загадках Вселенной;

Социальная значимость работы  продиктована необходимостью иметь знание о черных дырах, как объектах, порожденных тяготением, конечном результате деятельности звёзд.

С точки зрения личностной значимости актуальность данной работы заключается в получении дополнительных знаний о черных дырах, загадочных объектах Вселенной.

Объект исследования в работе – черные дыры.

Предмет исследования: рассмотреть очевидный путь образования черной дыры.

Область данного исследования – астрономия.

В соответствии с объектом и предметом исследования сформулирована цель проекта.

Основная  цель  проекта:  систематизация научной информации о черной дыре для получения представления об объекте. Раскрытие тайны существования черной дыры.

Цель  работы:

v Изучить формирование черных дыр.

Задачи  работы:

v познакомиться с историей идеи черных дыр;

v возникновением черных дыр;

v расширить спектр наших знаний о загадках Вселенной;

В своей работе мы использовали теоретические, эмпирические методы исследования, а именно:

v анализ и обработка материала по результатам астрономических наблюдений, в вопросах изучения черных дыр;

v проведение опытов;

v обобщение полученных данных.

ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ ЧЕРНАЯ ДЫРА?

«Что там новенького в космосе? Чёрные дыры? Заглянуть в них не прочь не только астрономы, но и те, кто интересуется жизнью вселенной, в том числе и любопытные школьники», – так сказал доктор педагогических наук Е. Левитан.

Термин «ЧЕРНАЯ ДЫРА» появился совсем недавно, в двадцатом  веке. Его придумал американский ученый Джон Уиллер. Однако попытки объяснить это загадочное явление были сделаны давно, около 200 лет назад. Исаак Ньютон, считал, что свет состоит из частиц. Значит,  он обладает массой и на него действует гравитация. Исходя из этого, английский астроном Джон Мичелл предположил, что в природе могут существовать столь массивные звезды, что даже луч света не способен покинуть их поверхность.  Великий ученый Альберт Эйнштейн   теоретически доказал возможность существования черных дыр.  В 1934 году американские  физики  выдвинули гипотезу об умирание звезды. А уже в 1939 году доказали что: «Черная дыра все поглощает и ничего не выпускает!»

Чёрная дыра – это космический объект невероятной плотности, обладающий абсолютной гравитацией, такой, что любое космическое тело и даже само пространство и время, поглощаются ею.

 «Черные дыры» немного напоминают пылесос, который работает в космосе, но в отличие от пылесоса чёрные дыры не всасывают внутрь себя все находящиеся в зоне их воздействия объекты, а, используя свою силу тяжести, только притягивают всё вокруг. Это называется эффектом вакуума (отсутствие воздуха), который вы можете наблюдать и у себя дома в своей комнате. Когда при уборке комнаты включается пылесос, то можно наблюдать, как крошки, грязь и мелкие предметы начинают движение по направлению к пылесосу. У чёрной дыры сила всасывания не так велика, как у пылесоса, поэтому космические объекты не всасываются внутрь неё, а только притягиваются.

Чёрные дыры управляют самой эволюцией Вселенной. Они на центральном месте, но их невозможно увидеть, можно обнаружить их признаки, хотя чёрные дыры обладают свойством разрушать, они также помогают строить галактики. 

ГЛАВА 2. ЗАРОЖДЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ.

Когда у большой звезды заканчивается топливо, она не может больше поддерживать свой вес. Давление от массивных слоёв водорода заставляет звезду сжиматься всё меньше и меньше. В конце концов, звезда станет меньше атома. Представьте себе на мгновение, что вся звезда раздавиться в точку, меньше атома.

Как может получиться что-то меньше, но сохранить тоже количество массы? На самом деле все очень просто.

Проведем опыт: возьмём губку, мы легко можем раздавить ее в руках. Но вот интересный момент. Если мы делаем что-то меньшее, сжимая ее, ее гравитация становится сильнее. Представим себе, если мы сжимаем звезду в размер атома, насколько мощным станет ее гравитация? Гравитация черной дыры настолько мощная, что поглощает все, даже свет, который проходит слишком близко.

Черные дыры состоят из трех основных частей. Внешний слой черной дыры называется внешним горизонтом событий. Внутри внешнего горизонта событий вы еще можете вырваться от гравитации черной дыры, потому что сила тяжести здесь не так сильна. Средний слой черной дыры называется внутренним горизонтом событий. Центр черной дыры называется Сингулярность. Это странное слово означает раздавленную звезду. Сингулярность, это место, где гравитация черной дыры самая сильная.

Что будет если в неё попасть? Для наблюдателя с Земли будет видно, как тот кто полетел к чёрной дыре, моментально в неё упал и исчез. А тот, кто к ней будет подлетать, будет медленно приближаться, часы будут всё медленнее идти, всё будет затормаживаться (это происходит потому, что чёрная дыра искривляет (нарушает) пространство (мир) вокруг себя.

Теперь понятно, что чёрная дыра – это совершенно загадочное явление в Космосе, о котором человечество не знает практически ничего. Поэтому любые новые сведения о них становятся сенсацией. А так как изучение чёрных дыр практически невозможно в космосе, то на Земле изучают их аналоги и создают модели.

            ГЛАВА 3. АНАЛОГИ «ЧЁРНЫХ ДЫР» НА ЗЕМЛЕ.

Чёрные дыры в космосе — тела таких огромных масштабов, что человеку их трудно осознать. Но на Земле, оказывается, есть "миниатюрный" аналог этих поглотителей света и материи. И эти аналоги недавно были обнаружены в южной части Атлантического океана

 

Рисунок 1. Аналог черной дыры

Аналог космического монстра создан в китайской лаборатории – он способен засасывать свет.

                                                                                           

Рисунок 2. Аналог черной дыры из китайской лаборатории.

«Чёрные дыры» позволят создать солнечные батареи нового поколения, способные улавливать энергию светила гораздо эффективнее нынешних.

Модели «чёрных дыр».

Объеденив знания мировых ведущих физиков о чёрной дыре с передовыми визуальными эффектами,  кинокартина «Интерстеллар» показала наиболее точную модель чёрной дыры в истории научной фантстики. Ведущие мировые ученые предложили использовать голливудский научно-фантастический фильм «Интерстеллар» в качестве учебного пособия для детей по черным дырам

Учёные провели опыты, смоделировав «в ванной» черные дыры с их горизонтом событий.    

 

Рисунок 3 Модель черной дыры, смоделированная в «ванной».

Ещё одна интересная модель «чёрной дыры» была создана в Новосибирском планетарии. Одна из занимательных игр для детей. Очень интересно сравнить, с какой скоростью и как в дыру затягивает тяжёлые и лёгкие шарики. Дольше всего держится, естественно, тяжёлый.

 

Рисунок 4. Модель «чёрной дыры» Новосибирского планетария

Как наглядно показать и представить «чёрную дыру»?

Для наглядного представления «Чёрной дыры» возьмём большой кусок пищевой плёнки, растянем его в руках и положим в центр небольшой шарик, чтобы тот образовал прогиб из-за своего веса. Капнем несколько капель воды на лист и посмотрим, как они скатятся по плёнке прямо к шарику. Это покажет, как работает гравитация. Уберём шарик и пальцем потрогали плёнку и определим — чем сильнее её оттягивать (чем тяжелее объект), тем сильнее получается воронка. Затем сделаем дыру посередине плёнки, которая изображает очень и очень тяжёлый объект. Через это отверстие будут проскакивать капли воды. Выходит, что чёрная дыра — это настолько тяжёлый объект, что он искривляет пространство. Всё, что попадает в него (как капли), никогда не возвращается обратно».  

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, на наш взгляд, в рамках своей работы нам удалось сформировать понимание того, что такое чёрная дыра: мы изучили литературу, систематизировали полученную  информацию, познакомился с историей данного вопроса, рассмотрели свойства черных дыр и  провели опыты, которые подтвердили нашу гипотезу, что черная дыра все поглощает и ничего не выпускает.

Черные  дыры – совершенно  удивительные  объекты, не похожие ни на что, известное до сих пор. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле. В последующем мы продолжим свою  работу по изучению этих интереснейших объектов, поскольку черные  дыры обладают огромной энергией, которую можно использовать для нужд человечества.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Черные  дыры.

Ученым удалось впервые зафиксировать излучение черной дыры.

Самая  большая  черная  дыра  (фото).

Астрономы увидели звездное кольцо, «украшенное» черными дырами (фото).

Формирование  черных  дыр.

    

Возникновение  черных  дыр.

     

 Падение  в  черную  дыру.

      

Черные  дыры  и  время.

Чёрная дыра – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже кванты самого света.

 Поиски  черных  дыр.

Самые близкие к нам черные дыры.

Черные дыры, а точнее диски вещества, окружающие их, являются источниками мощнейшего космического ветра.

Астрономы смогли пронаблюдать образование «пончика» вокруг черной дыры.

Ученым удалось впервые зафиксировать излучение черной дыры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ

 

Хокинг С. Три книги о пространстве и времени. Перевод с англ. – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2012. с. 106-109, 123-127, 330-340.

КИП С. Торн. Черные дыры и складки времени: Дерзкое наследие Эйнштейна. Перевод с англ. Под ред. Чл.-корр. Ран В.Б. Брагинского. – М.: Издательство физико-математической литературы, 2009., с. 23, 122-124.

Ян Николсон. Вселенная. Серия «Жизнь планеты»  – М.: «Росмэн», 2000. с.21-22.

Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика/ Сост., худож. А.А. Леонович; Под общ. ред. О. Г. Хинн. – М.: ООО Фирма «Издательство АСТ», 1999.

Я познаю мир: Дет. энцикл.: Космос/ Авт.- сост. Т.И. Гонтарук  – М.: ООО Фирма «Издательство АСТ», 1999. с. 355-358.

Энциклопедический словарь юного физика. Педагогика, 1984. с. 286.
Энциклопедический словарь юного астронома. Педагогика, 1986. с. 298-301.

http://elementy.ru/lib/25531/25536 -Черные дыры и структура пространства-времени.

http://v-kosmose.com/chernyie-dyiryi-v-kosmose/ - Черный дыры.

https://www.google.ru/ - изображения черных дыр

http://elementy.ru/lib/25531/25536- Черные дыры и структура пространства – времени

http://hi-news.ru/research-development/video-dnya-massivnaya-chyornaya-dyra-pogloshhaet-zvezdu.html - массивная черная дыра поглощает звезду