Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Научные работы / Научная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИИ И ВРЕМЕНИ НА ЗЕМЛЕ И НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ»
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Научная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАВИТАЦИИ И ВРЕМЕНИ НА ЗЕМЛЕ И НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ»

библиотека
материалов

ВВЕДЕНИЕ


Среди многочисленных небесных светил, изучаемых современной астрономией, особое место занимают планеты. Ведь все мы хорошо знаем, что Земля, на которой мы живем, является планетой, так что планеты-тела, в основном подобные нашей Земле.

Но в мире планет мы не встретим даже двух, совершенно похожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах очень велико. Расстояние планеты от Солнца (а значит, и количество солнечного тепла, и температура поверхности), её размеры, напряжение силы тяжести на поверхности, ориентировка оси вращения, определяющая смену времён года, наличие и состав атмосферы, внутреннее строение и многие другие свойства различны у всех девяти планет Солнечной системы.

Говоря о разнообразии условий на планетах, мы можем глубже познать законы их развития и выяснить их взаимосвязь между теми или иными свойствами планет. Так, например, от размеров, массы и температуры планеты зависит её способность удерживать атмосферу того или иного состава, а наличие атмосферы в свою очередь влияет на тепловой режим планеты.

Как показывает изучение условий, при которых возможно зарождение и дальнейшее развитие живой материи, только на планетах мы можем искать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет, помимо общего интереса, имеет большое значение с точки зрения космической биологии.

Изучение планет имеет большое значение, кроме астрономии, и для других областей науки, в первую очередь наук о Земле-геологии и геофизики, а также для космогонии-науки о происхождении и развитии небесных тел, в том числе и нашей Земли.

Основные дискуссии об устройстве мира развернулись в античности, между двумя философскими школами идеализма (Зенон, Платон) и материализма (Демокрит, Аристотель). Накопленный опыт и знания в последствии вылилось в развитие пространственно временных представлений в современной науке физике. В данной работе попытаемся наглядно рассмотреть что же из себя представляет время, пространство, материя и гравитация.

Актуальность: Человечество издревле задумывалось о том, как устроена Вселенная. Почему мы не можем летать? Сколько мы будем жить на других планетах? Последние, всегда особенно интересовало людей. Сейчас мы знаем, что причина всему – гравитация, а также движение и расположение планет. Что это такое, и почему данное явление настолько важно в масштабах Вселенной.

Гипотеза: если люди будут владеть информацией о гравитации и времени в планетах солнечной системы то это даст им возможность более развернуто изучать явления происходящие во Вселенной.

Цель работы: изучить гравитацию и время в планетах солнечной системы.

Задачи: 

1. Изучить гравитацию и протекание времени на других планетах.

2. Вычислить вес и возраст человека на других планетах относительно земли, а также предоставить алгоритм нахождения.

3. Сформулировать выводы по выполненной работе.

Методы исследования:

  • Теоретический

  • Экспериментальный

  • Общенаучный

Объект: планеты солнечной системы.

Предмет исследования: гравитация и время.

Место исследования: СШГ № 12.


1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.


§1 Что такое гравитация?


Сила тяжести, или гравитация, – это существующая между двумя частицами материи (или двумя объектами) сила притяжения, которая удерживает планеты на их орбитах вокруг Солнца или Луну на ее орбите вокруг Земли. (По мере увеличения расстояния между двумя объектами их гравитационное притяжение уменьшается.) Сила тяжести – это также та сила, которая удерживает любой предмет на Земле или на любом другом небесном теле, не позволяя ему улететь в космос. Чем больше объект, тем сильнее его гравитационное притяжение, и наоборот. Поскольку Луна намного меньше Земли, ее гравитационное притяжение составляет всего одну шестую гравитационного притяжения нашей планеты. Вот почему американские космонавты на Луне могли без особых усилий передвигаться большими прыжками.

Гравитацией объясняется также то, почему Земля – и другие планеты и небесные тела – имеют в общем круглую форму. Когда формировалась наша солнечная система, под действием гравитации стягивались вместе пыль и газы, летящие сквозь космос. Когда большое количество материи собирается одновременно в одном месте, такая материя образует шар, так как гравитация притягивает все к центральной точке. И все-таки Земля не идеально круглая. В процессе ее вращения вокруг своей оси возникает дополнительная сила, под действием которой Земля слегка «выпячивается» в срединной области.

Ученые выяснили, что все массивные тела испытывают взаимное притяжение друг к другу. Впоследствии оказалось, что эта таинственная сила обуславливает и движение небесных тел по их постоянным орбитам. Саму же теорию гравитации сформулировал гениальный Исаак Ньютон, чьи гипотезы предопределили развитие физики на много веков вперед. Развил и продолжил (хотя и в совершенно другом направлении) это учение Альберт Эйнштейн - один из величайших умов минувшего века.

На протяжении столетий ученые наблюдали за притяжением, пытались понять и измерить его. Наконец, в последние несколько десятилетий поставлено на службу человечеству (в определенном смысле, конечно же) даже такое явление, как гравитация. Что это такое, каково определение рассматриваемого термина в современной науке? Научное определение Если изучить труды древних мыслителей, то можно выяснить, что латинское слово «gravitas» означает «тяжесть», «притяжение». Сегодня ученые так называют универсальное и постоянное взаимодействие между материальными телами. Если эта сила сравнительно слабая и действует только на объекты, которые движутся значительно медленнее скорости света, то к ним применима теория Ньютона. Если же дело обстоит наоборот, следует пользоваться эйнштейновскими выводами.

Сразу оговоримся: в настоящее время сама природа гравитации до конца не изучена в принципе. Что это такое, мы все еще полностью не представляем. Теории Ньютона и Эйнштейна Согласно классическому учению Исаака Ньютона, все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массе, обратно пропорциональной квадрату того расстояния, которое пролегает между ними. Эйнштейн же утверждал, что тяготение между объектами проявляется в случае искривления пространства и времени (а кривизна пространства возможна только в том случае, если в нем имеется материя). Мысль эта была очень глубокой, но современные исследования доказывают ее некоторую неточность. Сегодня считается, что гравитация в космосе искривляет только лишь пространство: время можно затормозить и даже остановить, но реальность изменения формы временной материи теоретически не подтверждена. А потому классическое уравнение Эйнштейна не предусматривает даже шанса на то, что пространство будет продолжать влиять на материю и на возникающее магнитное поле.

Сила тяжести.

Силу гравитации, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи неё, называют силой тяжести. Эта сила направлена к центру Земли.

Сила гравитации Земли для нас является самой важной, поэтому ей и дано особое название.

Земля притягивает всё, что находится вокруг неё: твёрдые тела, жидкости, газы.

Из-за того, что есть сила тяжести, возможно существование атмосферы (молекулы газа не улетают в космос), воды морей и океанов удерживаются на своих местах, если какой-либо предмет приподнимают и роняют, этот предмет падает вниз, в направлении Земли.

Силу, с которой Земля притягивает тела, можно рассчитать по формуле 

F=mg,

где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения.

Ускорение свободного падения — это ускорение, которое вблизи Земли приобретает тело, падающее свободно и беспрепятственно. Вблизи поверхности Земли значение g равно примерно 9,81 Н/кг, для приблизительных расчётов можно использовать значение 10 Н/кг.

Сила тяжести на других планетах

Представим себе, что мы отправляемся в путешествие по Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?

Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?

Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.

Но Земля - не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот почему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего - на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в общей сложности примерно на 0,5 кг.
Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.

На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.

А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 28 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 2 т и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью. Впрочем, еще не достигнув Солнца, все превратилось бы в раскаленный газ. Другое дело - крошечные небесные тела, такие как спутники Марса и астероиды. На многих из них по легкости можно уподобиться... воробью!

Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили на поверхность Луны, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные нами значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере удвоить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.

До изобретения телескопа было известно лишь семь планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Земля и Луна. Их количество многих устраивало. Поэтому, когда в 1610 г. вышла книга Галилея «Звездный вестник», в которой он сообщил, что с помощью своей «зрительной трубы» ему удалось обнаружить еще четыре небесных тела, «никем еще не виданные от начала мира до наших дней» (спутники Юпитера), то это вызвало сенсацию. Сторонники Галилея радовались новым открытиям, противники же объявили ученому непримиримую войну.

Уже через год в Венеции вышла книга «Размышления об астрономии, оптике и физике», в которой автор утверждал, что Галилей заблуждается и число планет должно быть обязательно семь, так как, во-первых, в Ветхом Завете упоминается семисвечник (а это означает семь планет), во-вторых, в голове имеется лишь семь отверстий, в-третьих, существует только семь металлов и, в-четвертых, «спутники не видны для простого глаза, а поэтому и не могут оказывать влияние на Землю, следовательно, они не нужны, а поэтому они не существуют».

Однако подобными аргументами нельзя было остановить развитие науки, и теперь мы точно знаем, что спутники Юпитера существуют и число планет вовсе не равно семи. Вокруг Солнца обращаются девять больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, из которых лишь первые две не обладают спутниками) и свыше трех тысяч малых планет, называемых астероидами.

Это самая большая планета Солнечной системы; ее радиус в 11 раз, а масса в 318 раз больше, чем у Земли. Слабее всего притяжение на далеком Плутоне. Эта планета меньше Луны: ее радиус всего лишь 1150 км, а масса в 500 раз меньше, чем у Земли!

Еще меньшей массой обладают малые планеты Солнечной системы. 98% этих небесных тел обращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. Первый и самый большой астероид - Церера был открыт в 1801 г. Его радиус около 500 км, а масса примерно 1,2•1021 кг (т.е. в 5000 раз меньше, чем у Земли). Нетрудно подсчитать, что ускорение свободного падения на Церере примерно в 32 раза меньше, чем на Земле! Во столько же раз меньше там оказывается и вес любого тела. Поэтому космонавт, оказавшийся на Церере, смог бы поднять груз массой 1,5 т.

На Церере, однако, пока еще никто не был. А вот на Луне люди уже побывали. Впервые это произошло летом 1969 г., когда космический корабль «Аполлон-11» доставил на наш естественный спутник трех американских астронавтов: Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза. «Конечно,- рассказал потом Армстронг,- в условиях лунного притяжения хочется прыгать вверх... Наибольшая высота прыжка составляла два метра - Олдрин прыгнул до третьей ступеньки лестницы лунной кабины. Падения не имели неприятных последствий. Скорость настолько мала, что нет оснований опасаться каких-либо травм».

Ускорение свободного падения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Поэтому, прыгая вверх, человек поднимается там на высоту, в 6 раз большую, чем на Земле. Чтобы подпрыгнуть на Луне на 2 м, как это сделал Олдрин, требуется приложить такое же усилие, что и на Земле при прыжке на высоту 33 см.

Первые астронавты находились на Луне 21 ч 36 мин. 21 июля они стартовали с Луны, а 24 июля «Аполлон-11» уже приводнился в Тихом океане. Люди покинули Луну, но на ней осталось пять медалей с изображениями пяти погибших космонавтов. Это Ю. А. Гагарин, В. М. Комаров, В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи.


§2 Что такое время?


Этот вопрос занимал величайшие умы, начиная от философов древности, ученых эпохи Просвещения и завершая нашими временами.

И все же, после тысяч лет изучения, и не смотря на современный научный прогресс мы никак не можем прийти к согласию о его природе. Философ Джулиан Бербоер утверждает – «Мы можем принять время, но мы не понимаем его. Замечательно уже то, что существует небольшое соглашение как его воспринимать и даже как его исследовать».

Все это может быть результатом того, что глубокое понимание природы времени оказалось не нужным прогрессу. В физике, например, законы движения Ньютона, теория относительности Эйнштейна, да и квантовая теория не требуют знания природы времени для того, что бы с ним работать. Даже часовщикам не нужно понимание его природы.

Однако часы дают нам ключ к пониманию, того, в каком направлении мы должны двигаться. В часах могут двигаться шестерни, может колебаться кварцевый кристалл или частица покидать радиоактивный атом, но так или иначе, в часах должно быть движение. Когда что-то перемещается – есть изменения. Таким образом, часы говорят нам о том, что время неразрывно связано с различными изменениями. Но это только начало понимания. От этого момента ведут две дороги, которые приводят к полному противопоставлению представлений о времени.

Первое утверждение заключается в том, что время есть реальное фундаментальное свойство Вселенной и как пространство или масса существующее само по себе. В совокупности с пространством время обеспечивает структуру, в которой реализуются события. Это утверждение было принято Исааком Ньютоном, что бы описать движение. В этом понимании время твердо и нерушимо, как стены Вашего дома. Только при таком рассмотрении Вы сможете судить, насколько далеко и как быстро перемещается объект.

Другой путь приводит нас к идее, что изменчивость является фундаментальным свойством Вселенной и время проявляется вследствие наших мыслительных усилий воспринять и организовать изменяющийся мир, который мы видим вокруг себя. Большой противник Ньютона Готфрид Лейбниц придерживался точки зрения, утверждающей, что время нереально, оно существует только в наших умах. Таким образом, мы сталкиваемся с загадкой: реально ли время?

За пониманием времени следует и второй, немаловажный вопрос. Если время реально, то откуда оно возникло? До недавнего времени большинство физиков полагало, что оно возникло в Большом Взрыве, когда родились материя, энергия и сам Космос. Поэтому любое утверждение, что время существовало до Большого Взрыва, считалось некорректным. Теперь подобные отрицания уже не являются столь уверенными. Шон Кэрролл, Технологический институт, Пасадена, Калифорния, утверждает – "Мы не имеем никакого права утверждать, что Вселенная и время, возникшие в Большом Взрыве, не имели своего рода предыстории. Оба варианта на столе, но лично я одобряю идею, говорящую, что Вселенная была всегда”.

В настоящий момент не существует способа найти однозначный ответ на затронутые вопросы, и мы не знаем какие знания принесут однажды ответы на них. Но сегодня, более, чем когда-либо, мы мужественно должны признать собственное невежество относительно природы времени.

Tак что же понимается под временем в современной физике? В начале статьи я отмечал, что время относится к классу нередуцируемых понятий, и поэтому к попытке дать определение времени следует подходить крайне осторожно. Является ли время таким очевидным понятием как точка, множество, тело, которые понимаются нами настолько одинаково, что можно на их основе строить теории, полностью избегая их неоднозначного понимания? Мне кажется, нет. Я могу определить время, например, следующим образом:

Время — это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее), внутри которого происходят все существующие в бытии процессы, являющиеся фактами.

Проблема Времени всегда интересовала философию и тема Времени, безусловно, является одной из основополагающих в философии. Можно сказать, что Время - вообще одно из основ буквально всех бытовых и научных представлений об окружающем мире, о Вселенной и даже о самом себе. Нельзя также отождествлять философские представления о Пространстве и Времени с физическими теориями Пространства и Времени. На современном уровне наших знаний принято разграничивать следующие понятия времени:

  • реальное (физическое) Время;

  • перцептуальное время (условие существования и смены наших ощущений, присущие субъекту формы чувственности);

  • концептуальное Время (абстрактно-математические структуры, способные моделировать пространственно-временные отношения);

  • топологическое Время (физические структуры, моделирующие свойства всех временных измерений).

Кроме того, различают метрические (связанные с измерением) и топологические (сохраняющиеся при любых взаимно однозначных и непрерывных преобразованиях объекта) свойства Времени.

Так или иначе, взгляды учёных на Время оказывают сильное воздействие на развитие представлений обо всех других физических и философских понятиях, и - наоборот... Философы рассматривают Время неотрывно от понятий Пространства и Движения, а также пытаются проследить отношения Времени к материи, т.е. понять насколько Время является реально существующим (или это - чистая абстракция, существующая у нас в сознании). Физики же при описании свойств Времени чаще всего говорят о понятиях Энтропии Вселенной, о Мерности Пространства, о заряде и спине элементарных частиц, об электромагнитных полях.

Что такое Время? Правильней было бы начать отвечать на этот вопрос известным изречением Блаженного Августина. (354-430 гг. до н.э.):

"Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься - и вот я уже не знаю, что такое время!"

Цитата хороша не столько тем, что показывает остроту ума древнего философа, сколько тем, что очень чётко отражает и наше современное положение в деле изучения такого всем хорошо знакомого с детства понятия как Время. Действительно, современные учёные усиленно занимаются изучением физики Времени, но чем больше они задумываются, тем... больше знаков вопроса возникает перед нами!.. Но не будем забегать вперёд, вернёмся в те времена, когда прерогатива изучения Времени была только у философов, и даже ещё раньше - в те времена, когда человек впервые задумался о смене дня и ночи и о причинах собственного старения...

"Время" - первоначально это слово, вероятно, могло обозначать какие-то обобщающие впечатления о переменах, длительности, повторяемости или цикличности. И только много позже оно стало означать собственно время. В "Толковом словаре живого великорусского языка" В.И.Даля "время", кроме привычных нам, имеет ещё такие значения, как "погода, состояние воздуха", а также "счастье, земное благоденствие, благосостояние" (даже слово "временщик" раньше имело совсем иной смысл). И не только в русском, но и в некоторых других языках одно и тоже слово имело значения и "время" и "погода", например, в чешском "время" - "сas" (час), погода - "pocasi" (почаси), в русском "погода" имеет корень "год". Эти далеко не полные сведения говорят о том, что наши далёкие предки ощущали связь между понятием времени и постоянной повторяемостью природных условий. Видимо, регулярное изменение погоды служило для них очевидным и наглядным проявлением того, что в жизни постоянно что-то меняется. И непосредственным предшественником русского "времени" было древнерусское "время" или "вертмя".

И лишь значительно позже, примерно в первом тысячелетии до нашей эры, люди наконец стали понимать, что время - это нечто большее, чем просто погода. И хотя погода всё ещё оказывала сильнейшее воздействие на все стороны жизни и быта пралюдей, тем не менее в какой-то момент люди поняли, что процессы старения не зависят (или почти не зависят) от погоды. Как оказалось, и старение (людей, вещей), и погода сами оказались зависимыми от чего-то более могущественного и (как казалось) постоянного. Примерно так-же и "погода" зависит от "времени года"... Именно это представление о Времени закрепилось как базовое: "Время - форма последовательной смены явлений и состояния материи".

Удивительно, как сильно понятия пространства, времени и движения связаны в наших представлениях. Не всегда осознанно, никогда специально, но они тесно переплетены и фактически не существуют отдельно друг от друга. Интуитивно это человек ощущал, вероятно, с тех пор, как стал разумным, а сформулировал и обрисовал - уже в Древнем Мире. Пожалуй, самый яркий пример этому - определение механического движения, данное древними философами.

Существование движения - факт вроде бы очевидный. Но - не для древнегреческого основателя элейской школы Парменида. Если сейчас мысли этого философа вызывают недоумение, то у его современников - иронию и возмущение. Идеи Парменида развил его ученик - Зенон, чтобы защитить учителя и заставить современников сомневаться в своих умственных способностях, он создаёт свои знаменитые апории, среди которых самая известная - "Стрела". Она ставит очень простой вопрос: движется ли летящая стрела? В каждый момент времени стрела находится в определённом месте, иными словами, покоится в нём. Но при этом она всё-таки движется и может долететь до цели! Так движется стрела или покоится? Продолжив логически рассуждения, можно спросить, есть ли движение, или оно принципиально не существует? Есть ли время, наконец?!

Нельзя дать однозначный ответ на эти вопросы. Обычная логика не позволяет разрешить этот парадокс ( именно такое значение имеет греческое слово "апория"). Можно называть апории ненужным умствованием, можно докапываться до смысла выражения "момент времени". Проблема, которую обозначил Зенон этой апорией, остаётся, теперь, через 2500 лет после Парменида, она носит название проблемы поиска кванта Времени...

Впрочем, кванты Времени искали далеко не все, древние натурфилософы Демокрит, Эпикур и их последователи вплоть до ХХ века считали Время протекающим неразрывно и равномерно. Время в представлениях Аристотеля также непрерывно (т.е. неквантовано). Но чтобы делить время на равные части, необходимо движение, которое делится на одинаковые циклы. Таково, например, повторяющееся круговое движение, которое служит естественной мерой времени. Аристотель подчёркивал, что "движение измеряют простым и наиболее быстрым движением... поэтому в учении о небесных светилах... в основу кладётся равномерное и наиболее быстрое движение - движение неба, и по нему судят обо всех остальных..."

Модель космоса Аристотеля включала в себя 56 сфер. При этом движение планет по своим свойствам отличалось от движения, возможного на Земле. Пространство космоса было иным, чем пространство земной поверхности. Надлунный мир, полный совершенных движений (и свойств времени), был совершенно непохож на наш земной (подлунный) мир. Говоря современным языком, земное Время резко отличается от космического Времени!..

Сложно сказать, почему, но такое разделение мира на надлунный и подлунный надолго сохранилось в науке (и до сих пор встречается в поэзии). Возможно, причиной этого был непререкаемый авторитет Аристотеля, а может быть, свойственное людям представление, что хорошо там, где нас нет. Так или иначе, подобное разделение держалось в науке вплоть до Галилея (двадцать веков!). Теория движения, созданная Аристотелем, так же как и модель движения небесных тел Птоломея, неплохо объясняла возможные физические ситуации. Представление о космосе, созданное этими двумя мыслителями, считалось "правильным" 14 веков. И хотя геоцентричная система не выдержала проверку временем, тем не менее, разделение Пространства-Времени, точнее, его свойств, на Земные и Космические в некоторой степени сохранилось до сих пор. Здесь, на нашей планете скорость течения Времени практически неизменна, чего нельзя сказать о Космосе с его чёрными дырами и космическими скоростями. Ниже будет показано, что подобные представления о Земле как о заповеднике Времени, в корне оказались неверными, и на Земле имеется целый ряд мест с так называемым аномальным ходом течения Времени, что и было подтверждено целым рядом экспериментов в последние годы...

За прошедшие века несмотря на возросший интерес ко Времени, как к объекту физического исследования, так и не было получено удовлетворяющего всех определения Времени. Одни философы, такие как Беркли, Юм, Мах, понимали под Временем некую форму индивидуального сознания, последователи Канта рассматривали Время как априорную форму чувственного содержания, сторонники Гегеля не без оснований полагали, что Время есть элемент абсолютного духа... Философы-идеалисты отрицали зависимость Времени от материи, материалисты же были против постановки знака равенства между Временем и формами индивидуального сознания. Тем самым материалисты подчёркивали объективный характер Времени и его неотделимость от материи. Однако философское осмысление проблемы резко тормозилось скромными познаниями физики о свойствах Времени, очень долго никто из учёных не мог "пощупать" Время, поэтому разрешение многовекового спора затянулось на века. Одно расплывчатое определение сменяло другое, пока наконец их место не заняло новое: "Время - одно из основных форм существования материи, выражающее последовательность существования сменяющих друг друга событий".

Как течет время в космосе

Истории о космических путешествиях, из которых космонавты возвращаются к своим постаревшим друзьям такими же молодыми, уже не будоражат создание, как много лет назад. Однако и сегодня вопрос течения времени на Земле и в космосе понятен далеко не каждому.

Можно ли вернуться из космоса молодым? Для начала нужно внести ясность в понятиях «время» и «скорость старения». Как таковое время – понятие, придуманное человеком. Отсчет секунд стрелкой, дни, месяцы и годы – все это человек использует для собственного удобства. Но время само по себе – понятие абстрактное. Если говорить о течении времени, то оно везде одинаково: в космосе, на Земле или на любой другой планете Солнечной системы. Точно также одинаково будут идти процессы старения клеток и человеческого организма.

Откуда же взялась теория о том, что в космосе люди не старятся? Все просто. Обратимся к теории относительности. От местонахождения время действительно не зависит, зато может зависеть от скорости, с которой вы движетесь. При скорости корабля, превышающей скорость света, время на нем действительно потечет медленней по отношению ко времени, например, на Земле. Сами же космонавты разницы не заметят – ведь в их системе отсчета все стабильно: время и пространство текут с прежней скоростью. Это как поезд, который мчится мимо перрона: в вагоне пассажиры спокойно пьют чай и играют в карты, а люди на станции едва могут различить их силуэты – так быстро они проносятся мимо.

Замедление времени. У теории относительности есть еще один любопытный аспект, касающийся течения времени на Земле и в космосе. Согласно ему, гравитация нашей планеты оказывает некоторое влияние на скорость течения времени. Чем гравитация больше, чем больше кривизна пространства-времени в данной точке, и тем медленнее течет время относительно наблюдателя находящегося вдали от массивного тела, создающего это искривление.

Согласно этой теории, вдали от нашей планеты время будет течь чуть быстрее. Может показаться, что теория относительности в этом пункте противоречит сама себе, но не спешите с выводами. Дело в том, что изменение скорости течения времени столь незначительное, что им легко можно пренебречь. Самые сверхточные часы в точке космоса, отдаленной от нашей планеты, из-за этого эффекта покажут время с разницей на 45900 нс/день быстрее чем, точно такие же часы, установленные на Земле.

Три физика из США и Германии подтвердили, что явление, которое вызывает замедление времени вблизи объекта с огромной массой, достоверно с точностью до 7 в минус 9 степени. Доказательство эффекта подтверждает, что течение времени не является постоянной в нашей Вселенной. Оно изменяется в зависимости от положения относительно крупных тел и гравитационного притяжения, которое эти огромные массы могут оказывать. Проиллюстрируем простым языком: если часы находятся рядом с массивным телом или на них воздействует большая гравитационная сила, чем ближе они к этому небесному телу или чем сильнее гравитационное притяжение, тем медленнее часы будут отсчитывать время. Это исследование было проведено доктором Хольгером Мюллером из Калифорнийского университета города Беркли, министром США по энергетике доктором Стивеном Чу и доктором Ахимом Петерсом из Берлинского университета Гумбольдта. Один из недостатков проведенных измерений эффекта красного смещения, заключается в том, что они ограничены степенью гравитационного притяжения, которое вызывает масса Земли. Тем не менее, благодаря очень точным часам, ученые смогли значительно повысить точность их опыта. 





















2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.


§1 Расчет веса человека на планетах солнечной системы.


Какое слово вы употребляете чаще: «масса» или «вес»? Думаю, это зависит от вашей профессии. Если вы учитель физики, то слово «масса» встречается в вашей речи чаще. Если же вы продавец в магазине, то слово «вес» вы слышите и произносите много раз в день. В чём же отличия массы от веса и причём тут профессиональная деятельность? Масса и вес – синонимы, но не абсолютные. Для начала, у обоих слов существует несколько значений. В этом легко убедиться на примере таких словосочетаний: «вес твоего голоса», «вес груза», «масса отличий», «масса тела». Основные значения этих слов в обиходе совпадают, но в науке, особенно в физике, отличия между массой и весом значительные. Так, масса – это физическая величина, определяющая инертные и гравитационные свойства тел. Масса определяет количество вещества в предмете.  Вес – это сила, с которой объект давит на опору, чтобы не упасть. Исходя из этого определения, приходим к выводу, что в случае с весом гравитационная составляющая является обязательной для дачи верного определения.

В повседневной жизни очень часто используется понятие "вес" . Попытаемся выяснить что же это за величина. В опытах, когда тело ставили на опору, сжималась не только опора, но и тело, притягиваемое Землей.

Деформированное, сжатое тело давит на опору с силой, которую называют весом тела. Если тело подвешено на нити, то растянута не только нить, но и само тело.

Вес тела - это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Вес тела - это векторная физическая величина и обозначается она буквой P со стрелочкой над этой буквой, направленная вправо.

Однако следует помнить, что сила тяжести приложена к телу, а вес приложен к опоре или подвесу.

Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по своему числовому значению равен силе тяжести, т.е.

P = Fтяж = mg

Следует помнить, что сила тяжести является результатом взаимодействия тела и Земли.

Итак, Вес тела - это результат взаимодействия тела и опоры (подвеса). Опора (подвес) и тело при этом деформируются, что приводит к появлению силы упругости.

Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы?

Существует две теории: первая заключается в том что размер планеты влияет на массу человека, и вторая масса человека остается неизменной. Тогда вес будет разным.

По первой теории массу человека на других планетах мы высчитываем по формуле:


Масса (на другой планете) =

= (g планеты / g Земли) масса (человека на Земле)


Тогда вес равен:

Вес = масса ускорение свободного падения (g)


Теперь условимся, что на Земле космонавт-путешественник весит ровно 70 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса (планеты расположены в порядке возрастания веса):


По второй теории, масса человека остается неизменной, тогда:


Как видим, Земля по напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них - Сатурне и Уране - сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других - Юпитере и Нептуне - больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дан с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на экваторе на несколько процентов.

§2 Расчет возраста человека на планетах солнечной системы


Возраст — продолжительность периода от момента рождения живого организма до настоящего или любого другого определённого момента времени.

Обычно под словом «возраст» понимается календарный возраст (паспортный возраст, хронологический возраст), при котором не учитываются факторы развития организма. Наблюдаемые отличия индивидуальных особенностей развития организма от средних показателей послужили основанием для введения понятия «биологический возраст», или «возраст развития».


Для вычисления возраста используем таблицу в приложении 2.


Действия:

1. Берем значение возраста человека на Земле

2. Делим данное значение на значение полного оборота планеты вокруг Солнца

3. Получаем значение возраста человека на данной планеты


Возраст человека (на планете) =

= возраст человека (на Земле) / время (полного оборота планеты)


Для примера возьмем возрасты ребенка (12 лет), возраст совершеннолетия (18 лет) и средний возраст родителей (39 лет).

Тогда после расчетов получаем:







































ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Масштабы космического пространства и времени не могут не завораживать и не вдохновлять.

Сила тяжести (или гравитация) прочно держит нас на земле и позволяет земле вращаться вокруг солнца. Благодаря этой невидимой силе дождь падает на землю, а уровень воды в океане каждый день то повышается, то снижается. Гравитация удерживает землю в сферической форме, а также не дает нашей атмосфере улетучиться в космическое пространство. Казалось бы, эта наблюдаемая каждый день сила притяжения должна быть хорошо изучена учеными. Но, нет! Во многом гравитация остается глубочайшей тайной для науки. Эта таинственная сила является замечательным примером того, насколько ограничены современные научные знания.

Гравитацию невозможно каким-либо образом оградить. Каким бы ни был состав преграждающей перегородки, она не имеют никакого влияния на притяжение между двумя разделенными объектами. Сила тяжести не зависит от химического состава объектов, но зависит от их массы, известной нам как вес (сила тяжести на объект равна весу этого объекта — чем больше масса, тем больше сила или вес.) Блоки, состоящие из стекла, свинца, льда, и имеющие одинаковую массу, будут испытывать (и оказывать) одинаковую гравитационную силу. Эти данные были получены в ходе экспериментов, и ученые до сих пор не знают, как их можно теоретически объяснить.

На протяжении тысячелетии человечество жило представлением о непреложности времени. Было даже нелепо предполагать, что время может ускоряться и замедляться. Интересно, что с точки зрения физики понятие времени даже не с чем сравнить, это как бы самостоятельно и изначально существующая константа, не имеющая аналогов. Ведь времени действительно нельзя дать определение. Все знания человечества построены на принципе сравнения с уже известным.
Любой человек наверняка прекрасно знает, что такое время, пока не думает о нем. Но стоит задуматься, и сразу же перестаешь понимать, что время из себя представляет. Но это вовсе не означает, что не надо думать о нем. Совсем наоборот! Именно на этом пути и лежит возможность создания фантастических машин времени.

Нам еще очень многое предстоит понять в сущности окружающего нас мира, в том числе такой странной и загадочной на сегодняшний день единицы, как время. И в этом нам всегда будут помогать знания и опыт предыдущих поколений и, конечно же, наука. Поэтому, двигаясь каждую минуту вперед, мы будем углубляться в суть времени все глубже.


















СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:


  1. Ефимов О.Ю. Время - источник гравитации // Исследования в области естественных наук. 2012. № 7

  2. Я.Б. Зельдович, С.И. Блинников, Н.И. Шакура. Физические основы строения и эволюции звезд. - М.: Изд-во МГУ, 2009. – 150 с.

  3. И.С.Шкловский. Звезды: их рождение жизнь и смерть. - М.: Наука, 2011. – 384 с.

  4. Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. В 3-х томах. Бишкек, 1994;

  5. Нарликар Дж. Гравитация без формул. М., 1985;

  6. Наука и жизнь (журнал). 1960–1997;

  7. Струве О., Линдс Б., Пилланс Э. Элементарная астрономия. М., 2013.

  8. Тарг С. М. Сила тяжести // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.








































ПРИЛОЖЕНИЯ


Приложение 1 Ускорения свободного падения планет солнечной системы


Ускорение свободного падения (g)

Меркурий

3,6

Венера

8,5

Земля

9,8

Марс

3,76

Юпитер

26

Сатурн

11,2

Уран

9,4

Нептун

15


Приложение 2 Время полного оборота (по сравнению с Землей)


Время полного оборота(по сравнению с Землей)

Меркурий

0, 241 земного года(87,9 земного дня)

Венера

0,615 земного года(224,7 земного дня)

Земля

1,0 земного года(365 земных дней)

Марс

1,88 земных лет (87,9 земных дней)

Юпитер

11,9 земных лет( 4343,5 земного дня)

Сатурн

29,5 земного года(10767,5 земного дня)

Уран

84,0 земных года(30660 земных дней

Нептун

164,8 земного года(60152 земных дня)


15

Автор
Дата добавления 05.06.2016
Раздел Физика
Подраздел Научные работы
Просмотров279
Номер материала ДБ-111072
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх