Методическая разработка для самостоятельной работы студентов по теме Космические скорости

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ                                                                                                                                                                          «КУПИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕХНИКУМ»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Для самостоятельной работы студентов

По учебному предмету: АСТРОНОМИЯ

Тема: «Космические скорости»

Специальность: 34.02.01 Сестринское дело   Курс: 1

(базовой подготовки)

Купино

2021

Рассмотрено на заседании   предметной цикловой

Методической комиссии по общеобразовательным предметам,

общему гуманитарному и социально-экономическому, математическому и

естественно-научному циклу

Протокол № _____ от «_____» _________20____г.                                             

Автор – составитель: преподаватель математики высшей категории Тюменцева О.Н.

Купино

2021 г

Пояснительная записка к методическому пособию

Методическое пособие предназначено для повторения теоретических и практических знаний по теме.

Цель пособия – повторить закон Всемирного тяготения, понятия космических скоростей и методов их расчета и подготовится к занятию по теме «Космические скорости».

Данное пособие рекомендовано для студентов первого курса специальности 34.02.01 Сестринское дело. Пособие содержит материал по теме Космические скорости и тесты для самоконтроля.

Пособие направлено на формирование навыков самостоятельной работы с учебным материалом, формирование навыков решения задач, формирование и развитие творческого потенциала, повышение интереса к предмету.

Космические скорости

Помимо 3-х законов движения, которые  открыл Ньютон, им был открыт еще один важный закон - закон 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.

 А что можно сказать о силе всемирного тяготения, если одним из тел будет Земля? Эту силу мы называем силой тяжести.

Нам известно, что тело, брошенное с горизонтально направленной начальной скоростью,  всегда должно упасть на поверхность Земли, то есть мысленно мы предполагали, что поверхность Земли плоская и что ускорение свободного падения постоянно и равно g= 9,8 м/с². Но ведь на самом деле Земля – шар и при определенных начальных скоростях, тело за счет притяжения к Земле будет к ней приближаться, а Земля, наоборот, будет “уходить” от него за счет кривизны своей поверхности. Тогда тело никогда не упадет на поверхность Земли, а станет искусственным спутником.

Как сделать так, чтобы тело стало искусственным спутником Земли?

Действительно, это должна быть очень большая скорость, позволяющая преодолевать не только земное притяжение, но и позволять телу перемещаться в космическом пространстве.

1.Космические скорости.

Рассчитаем скорость, которая позволит телу стать искусственным спутником Земли.

 Данная скорость имеет название: космическая скорость — это минимальная начальная скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату) на поверхности небесного тела, чтобы:

·           v₁ — объект стал искусственным спутником центрального тела, то есть стал вращаться по круговой орбите вокруг него на нулевой или пренебрежимо малой высоте относительно поверхности,

·           v₂ — объект преодолел гравитационное притяжение центрального тела и начал дви­гать­ся по параболической ор­би­те, получив тем самым возможность уда­лить­ся на бес­ко­неч­но боль­шое рас­стоя­ние от него,

·           v₃ — при запуске с планеты объект покинул планетную систему, преодолев притяжение звезды;

Отсюда:

·         Первая космическая скорость= 7,9 км/с,  такую скорость необходимо сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником Земли, эта скорость имеет другое название - круговая скорость.

·         Кроме первой космической скорости существует и вторая . Если сообщить телу такую скорость, то оно сможет преодолеть силу земного притяжения и навсегда уйти от Земли.

·         Рассчитана и третья космическая скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно покинуло пределы Солнечной системы. Значение этой скорости .

Давайте попробуем вычислить первую космическую скорость для некоторых небесных тел (используя формулу для 1ой скорости, вычисляем):

1)      для Марса (R=3400 км, g=3, 6 м/с²)

2)       для Луны (R= 1760 км, g=1, 7 м/с²)

3)       для Венеры (R=6000км, g= 8, 4 м/с²)

Решение задачи №1:

; ; ; 

1) 3400000м*3,6м/с==3, 5 км/с

2) км/с

3) 7,1 км/с

Чем больше масса и чем меньше радиус небесного тела, тем больше его космические скорости (сравнить Венеру и Землю).

2. История космонавтики.

Какой вид движения служит для взлета ракет с поверхности Земли?

Реактивное движение — это движение, которое возникает при отделении от тела некоторой его части с определенной скоростью.

До 1957 года комические полеты были только теоретическими проектами, над которыми трудились такие ученые как Константин Эдуардович Циолковский, Сергей Павлович Королев, и многие другие.

Историческая справка:

Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года. Спутник был сферической формы (диаметром 58 см) и весил 83,6 кг. Он просуществовал 92 дня, совершив 1400 оборотов вокруг Земли.

Впервые в мире вторая космическая скорость была достигнута при полете советского космического аппарата “Луна-1”. Он был запущен 2 января 1959 года и стал первым искусственным спутником Солнца.

12 апреля 1961 года на космическом корабле “Восток” Ю. А. Гагарин совершил первый полет в космос.

16-19 июня 1963 года космический полет совершила первая в мире женщина-космонавт В.В. Терешкова.

18 марта 1965 года Алексей Архипович Леонов совершает первый выход в открытое космическое пространство.

3 февраля 1966 года советская АМС “Луна-9” совершила мягкую посадку на Луну и передала на Землю изображение с панорамой лунного ландшафта.

1 марта 1966 года советская АМС “Венера-3”, позднее, 16 мая 1969 года, «Венера-5» достигла поверхности Венеры, осуществив полет на другую планету.

Информация, которую получают с помощью искусственных спутников, позволяет изучить планеты Солнечной системы, объяснить ее происхождение и ответить на многие важные вопросы. Очень долго на орбите работала космическая станция “Мир”. За годы ее работы проделано огромное количество различных экспериментов и в том числе для ребят были сняты специальные фильмы о том, как происходят физические явления в космосе.

Скажите, пожалуйста, что произойдет с искусственным спутником Земли, если сообщить ему скорость чуть меньше первой космической скорости? (Упадет на Землю). Таким образом была затоплена станция «Мир».

3. Современная космонавтика.

А) космические телескопы.

Самый дорогостоящий космический телескоп –«Хаббл». Когда срок службы его подойдет к концу, сменит его телескоп имени Дж. Уэбба. Произойдет это в 2018 году. «Хаббл» находится на орбите Земли с 1990 года, уже прошел 5 млрд. км и сделал 1,2 млн. наблюдений за небесными телами – это самый эффективный и продуктивный из аппаратов, сделанных человеком. Он помог вычислить возраст вселенной, обнаружить присутствие темной материи, найти новые планеты, звезды и галактики.

Одним из самых интересных наблюдений телескопа «Хаббл» стали его снимки кометы Шумейкеров-Леви 9, которая в июле 1994 года столкнулась с Юпитером. Примерно за год до падения при наблюдении за этим объектом орбитальная обсерватория зафиксировала его разделение на несколько десятков частей, которые затем и падали в течение недели на поверхность планеты-гиганта. 

Б) МКС

Междунаро́дная косми́ческая ста́нция  — пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс

В каждом из 14 модулей находятся исследовательские лаборатории, хозяйственные помещения, склады, спальные места, тренажеры.

Наружная обшивка космической станции оснащена солнечными батареями. Там же проходят научные исследования, которые требуют невесомости и вакуума. Для этого космонавт надевает специальный защитный костюм, за спиной которого находится баллон с кислородом.  Вся Космическая станция весит более 417 тонн. МКС по орбите пролетает с огромной скоростью – 27700 км/час. Полет

вокруг Земли у станции занимает 92 минуты. За сутки она успевает сделать почти 16 таких полетов. Это значит, что космонавты могут наблюдать за 24 часа 16 закатов и восходов, столько же дней и ночей. 

МКС стала пристанищем для первых космических туристов. 8 человек на коммерческой основе успели побывать на ней.

В) межпланетный полет

Юнона (англ. Juno, также Jupiter Polar Orbiter) — автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная 5августа 2011 года для исследования Юпитера. Это второй проект в рамках программы New Frontiers. 

Цельюмиссии является выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта в 2016году, изучение магнитного поляпланеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Кроме того, аппарат должензаняться исследованием 

атмосферы планеты определением содержания в ней воды и аммиака, а такжепостроением карты ветров. 

Г) планируемые проекты

«Роскосмос» анонсировал создание совместной с США окололунной станции.
Россия обсуждает с NASA совместный проект полета на орбиту Луны. Первые модули станции Deep Space Gateway могут быть выведены на орбиту в 2024–2026 годах. Еще один будущий проект Роскосмоса — «Венера-Д». Это российская автоматическая межпланетная станция (АМС) для изучения Венеры, которая планируется к запуску не ранее 2024 года. АМС будет изучать планету Венера по аналогии с американским аппаратом «Магеллан». «Венера-Д» будет первым венерианским зондом, запущенным Российской Федерацией после распада СССР.
«Фобос-Грунт-2» — планируемая российская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для доставки образцов грунта с естественного спутника Марса — Фобоса на Землю. Также станция будет определять физико-химические характеристики грунта Фобоса, исследовать происхождение спутников Марса, процессов взаимодействия его атмосферы и поверхности, взаимодействия малых тел Солнечной системы с солнечным ветром. Роскосмос задумал запустить проект в 2018 году.

Тест для самоконтроля

1. Первый обобщенный закон Кеплера распространяется на ...

На планеты и кометы

На спутники

Все тела, между которыми есть сила всемирного тяготения

2. Искусственной тело будет передвигаться по орбите в форме эллипса ...

Если его скорость меньше второй космической

Если его скорость равна второй космической

Если его скорость больше второй космической

3. Спутник может вращаться по окружности вокруг космического тела, если  ...

Его скорость меньше первой космической

Его скорость равна первой космической

Его скорость больше первой космической

4. Как еще называют вторую космическую скорость?

Параболическая

Эллиптическая

Гиперболическая

5. В каком году была совершена первая высадка на Луну?

В 1961 году

В 1969 году

Никакой высадки не было, это мистификация

6. Лунный грунт в СССР доставила автоматическая станция ...

«Луна-1»

«Луна-16»

«Луна-70»

7. Это произошло ...

В 1969 году

В 1970 году

В 1989 году

8. Какова вторая космическая скорость Марса?

1,01 км/с

5,05 км/с

10, 01 км/с

9. А у Луны она составляет ...

2,38 км/с

3,98 км/с

5,89 км/с

10. Время первого полета Гагарина в космос, не считая подъем и спуск, равно ...

Менее 10 минутам

Ровно 1 часу

Примерно 1,5 часам

Ответы

1. Все тела, между которыми есть сила всемирного тяготения

2. Если его скорость меньше второй космической

3. Его скорость равна первой космической

4. Параболическая

5. В 1969 году

6.  «Луна-16»

7. В 1970 году

8. 5,05 км/с

9. 2,38 км/с

10. Примерно 1,5 часам