Орбита земли вокруг солнца, длина пути

Сколько весит

Изучение размеров нашей планеты будет неполным без другого параметра – массы. Она составляет 6*1024 килограмма. Объём планеты – свыше 1,08 триллиона кубических километров. Таким образом, плотность планеты составляет около 5,5 грамма на кубический сантиметр.

Измерение окружности и диаметра Земли представляет собой несложную математическую задачу. В этом случае следует применять число π. Однако в силу сжатия планеты длина экваториальная окружность несколько больше, нежели полярная. И из-за этого экваториальный и полярный радиус Земли будет немного отличаться. Зная же показатели окружности, диаметра и радиуса нашей планеты, несложно будет вычислить и площадь ее поверхности.

Общие сведения

Наша планета движется по третьей по удаленности от светила орбите. От Солнца Землю в среднем отделяет 149,5 миллиона километров. Протяженность орбиты составляет примерно 940 млн км. Это расстояние планета преодолевает за 365 дней и 6 часов (один звездный, или сидерический, год — период обращения Земли вокруг Солнца относительно удаленных светил). Скорость ее во время движения по орбите достигает в среднем 30 км/с.

Для земного наблюдателя обращение планеты вокруг светила выражается в изменении положения Солнца на небосводе. Оно перемещается на один градус в день в восточном направлении по отношению к звездам.

Открытие орбиты Земли

В древние времена люди считали, что все вокруг вертится вокруг Земли. Якобы наша планета является центром мироздания, а все остальные небесные тела вращаются вокруг нее.

Но это, конечно, было неправда, и на смену геоцентрической модели Вселенной быстро пришла гелиоцентрическая. Согласно ей, центром всего выступает Солнце, а планеты, в том числе и наша, вращаются вокруг него. А потом, как известно, оказалось, что даже Солнце – не центр мироздания, но это уже совсем другая история. Подробнее о ней вы можете узнать в статье: «Строение Вселенной».

Орбиты планет Солнечной системы

Гелиоцентрическая модель описывала не только тот факт, что планеты движутся вокруг Солнца, но и то, как именно они движутся. Орбиты планет считали круглыми, но затем наблюдения показали, что они все-таки более вытянутые, в форме эллипса.

Огромный вклад в развитие гелиоцентрической модели внес известный астроном Николай Коперник. Хотя об этом догадывались и задолго до него, например, Платон и Аристотель.

Портрет Николая Коперника

Вписываемся в повороты: учитываем радиус и наклон

Если вам приходилось ехать на автомобиле или велосипеде или даже бежать трусцой, то наверняка вы заметили, что в крутой поворот проще вписаться, если поверхность дороги немного наклонена внутрь поворота. Из опыта известно, что чем больше наклон, тем проще вписаться в поворот. Это объясняется тем, что в таком случае на вас действует меньшая центростремительная сила. Центростремительная сила обеспечивается силой трения о поверхность дороги. Если поверхность дороги покрыта льдом, то сила трения становится меньше и потому часто не удается вписаться в поворот на обледеневшей дороге на большой скорости.

Представьте, что автомобилю с массой 1000 кг нужно вписаться в поворот с радиусом Юм, а коэффициент трения покоя (подробнее о нем см. главу6) равен 0,8. (Здесь используется коэффициент трения покоя, поскольку предполагается, что шины по поверхности дороги.) Какую максимальную скорость может развить этот автомобиль без риска не вписаться в поворот. Итак, сила трения покоя шин о поверхность дороги ​\( F_{трение\,покоя} \)​ должна обеспечивать центростремительную силу:

где ​\( m \)​ — это масса автомобиля, ​\( v \)​ — его скорость, ​\( r \)​ — радиус, ​\( \mu_п \)​ — коэффициент трения покоя, a ​\( g \)​ = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения под действием силы гравитации. Отсюда легко находим скорость:

(Обратите внимание, что максимальная безопасная скорость прохождения поворота не зависит от массы автомобиля. — Примеч

ред.)

Это выражение выглядит очень просто, а после подстановки в него численных значений получим:

Итак, максимальная скорость безопасного проезда при таком повороте равна 8,9 м/с. Пересчитаем в единицы “км/ч”, в которых скорость указана на спидометре, и сравним. Получается, что 8,9 м/с = 32 км/ч, а на спидометре всего 29 км/ч. Прекрасно, но далеко не все водители умеют так быстро рассчитывать безопасную скорость прохождения поворотов. Поэтому конструкторы дорог часто строят повороты с наклоном внутрь, чтобы обеспечить центростремительное ускорение не только за счет силы трения, но и за счет горизонтальной компоненты силы гравитации.

На рис. 7.3 показан пример поворота дороги с некоторым наклоном под углом ​\( \theta \)​ к горизонтали. Предположим, что конструкторы решили полностью обеспечить центростремительное ускорение только за счет горизонтальной компоненты силы гравитации (т.е. без учета силы трения) ​\( F_н\sin\theta \)​, где ​\( F_н \)​ — это нормальная сила (подробнее о ней см. в главе 6). Тогда:

В вертикальном направлении на автомобиль действует сила гравитации ​\( mg \)​, которая уравновешивается вертикальной компонентой нормальной силы \( F_н\cos\theta \):

или, иначе выражая это соотношение, получим:

Подставляя это выражение в прежнее соотношение между центростремительной силой и нормальной силой, получим:

Поскольку ​\( \sin\theta/\!\cos\theta=tg\,\theta \)​ в то

Отсюда легко получаем, что угол наклона поворота дороги ​\( \theta \)​ равен:

Именно это уравнение используют инженеры при проектировании дорог

Обратите внимание, что масса автомобиля не влияет на величину угла, при котором центростремительная сила полностью обеспечивается только горизонтальной компонентой нормальной силы. Попробуем теперь определить величину угла наклона поворота с радиусом 200 м для автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч или 27,8 м/с:

Для обеспечения безопасного движения автомобиля со скоростью 100 км/ч в повороте с радиусом 200 м без учета силы трения, инженеры должны создать наклон около 22°. Отлично, из вас может получиться неплохой инженер-конструктор автомагистралей!

Орбитальная плоскость

Интересно, что под орбитами всех космических тел понимают плоские фигуры. Потому как все точки их движения лежат на одной плоскости. Кстати, плоскость орбиты Земли называют эклиптикой. Более того, аналогичным образом расположены траектории движения всех планет Солнечной системы.

Эклиптика

Ось вращения нашей планеты наклонена под углом 230 по отношению к эклиптике. По этой причине наблюдается разный нагрев земных полушарий. Собственно, поэтому происходят разные погодные условия по сезонам.

Изучение и исследование Земли продолжается и сейчас. Вероятно, потому что наша планета находится в постоянном движении. Однако перемещение не может быть всё время одинаковым. Интересно, что по законам Кеплера небесные тела могут всю свою жизнь совершать обороты вокруг главной звезды. Но в их линии движения возможны отклонения. Поэтому учёные выдвигают варианты, когда и как планеты могут сойти со своей привычной орбиты. На сегодняшний день для такого прогнозирования применяют компьютерное моделирование. В результате получается не одно возможное будущее нашей Солнечной системы. В любом случае, что будет нам покажет время.

Замедление вращения

Из-за трения, вызванного приливами и бродячими частицами в пространстве, скорость вращения Земли постепенно замедляется. По оценкам, с каждым веком Земле требуется на пять сотых секунды дольше, чтобы повернуть один раз. В начале формирования Земли, день длился не более 14 часов вместо сегодняшних 24. Замедление вращения Земли и является причиной того, почему каждые несколько лет мы добавляем долю секунды к продолжительности суток.

Однако время, когда наша 24-часовая система перестанет быть актуальной настолько далеко, что практически никто не выдвигает предположений о том, что мы будем делать с появившимся лишним временем. Некоторые полагают, что мы могли бы к каждому дню добавить определенный период времени, что в конечном итоге сможет дать нам 25-часовой день, или же изменить продолжительность часа, разделив сутки на 24 равные части.

Спутник

Вместе с Землей вокруг Солнца движется и Луна. При наблюдении с северного полюса спутник движется против часовой стрелки. Орбита Земли и орбита Луны лежат в разных плоскостях. Угол между ними примерно 5º. Это несовпадение значительно уменьшает количество лунных и солнечных затмений. Если бы плоскости орбит были идентичными, то одно из этих явлений случалось раз в две недели.

Орбита Земли и орбита Луны устроены таким образом, что оба объекта вращаются вокруг общего центра масс с периодом примерно 27,3 суток. При этом приливные силы спутника постепенно замедляют движение нашей планеты вокруг оси, тем самым незначительно увеличивая продолжительность дня.

Размер, масса, орбита

При радиусе в 6371 км и массе 5.97 х 1024 кг, Земля стоит на 5-й позиции по величине и массивности. Это самая большая планета земного типа, но она уступает по размерам газовым и ледяным гигантам. Однако по плотности (5.514 г/см3) стоит на первом месте в Солнечной системе.

Полярное сжатие 0,0033528
Экваториальный

радиус

6378,1 км
Полярный радиус 6356,8 км
Средний радиус 6371,0 км
Окружность большого круга 40 075,017 км

(экватор)

40 007,86 км

(меридиан)

Площадь поверхности 510 072 000 км²
Объём 10,8321·1011 км³
Масса 5,9726·1024 кг
Средняя плотность 5,5153 г/см³
Ускорение свободного

падения на экваторе

9,780327 м/с²
Первая космическая скорость 7,91 км/с
Вторая космическая скорость 11,186 км/с
Экваториальная скорость

вращения

1674,4 км/ч
Период вращения (23h 56m 4,100s)
Наклон оси 23°26’21″,4119
Альбедо 0,306 (Бонд)
0,367 (геом.)

В орбите наблюдается слабый эксцентриситет (0.0167). Удаленность от звезды в перигелии составляет 0.983 а.е., а в афелии – 1.015 а.е.

Осевое земной наклон и отношение к оси вращения и плоскости орбиты

На один проход вокруг Солнца уходит 365.24 дней. Мы знаем, что из-за существования високосного года, мы добавляем день каждые 4 прохода. Мы привыкли думать, что сутки длятся 24 часа, в реальности это время занимает 23 ч 56 м и 4 с.

Если наблюдать за вращением оси с полюсов, то видно, что оно происходит против часовой стрелки. Ось расположена под наклоном в 23.439281° от перпендикуляра орбитальной плоскости. Это влияет на количество света и тепла.

Перигелий 147 098 290 км
0,98329134 а. е.
Афелий 152 098 232 км
1,01671388 а. е.
Большая полуось 149 598 261 км
1,00000261 а. е.
Эксцентриситет

орбиты

0,01671123
Сидерический

периодобращения

365,256366004 дней
365 дн. 6 ч. 9 мин. 10 сек.
Орбитальная скорость 29,783 км/c
107 218 км/ч
Средняя аномалия 357,51716°
Наклонение 7,155° (отн. солнечного экватора),

1,57869° (отн. инвариантной плоскости)

Долгота восходящего

узла

348,73936°
Аргумент перицентра 114,20783°
Спутники 1 (Луна), 8300+ (искусств.)

Если Северный полюс повернут к Солнцу, то на северном полушарии устанавливается лето, а на южном – зима. В определенное время над полярным кругом Солнце вообще не встает и тогда 6 месяцев там длится ночь и зима.

Фактор, отвечающий за смену времен года

За сезонность на планетах Солнечной системы отвечает угол наклона оси вращения к орбите. Чем меньше угол, тем стабильнее погода на небесном теле и нет смены пор года. Также сезонности не бывает на небесных телах с углом наклона более 90°.

Смена сезонов характерна для объектов с углом наклона оси в пределах 20-30 градусов:

  • Земля (23,3°);
  • Марс (25,2°);
  • Сатурн (29°);
  • Нептун (30°).

«Лето» и «зима» также
есть на Меркурии, несмотря на практически отсутствующий наклон оси. Это связано
с высоким эксцентриситетом его орбиты. Разница между температурами в точках
перигелия и афелия на Меркурии составляет 620 градусов Цельсия.

Таким образом, величина и форма пути, который описывает объект вокруг Солнца, очень влияют на формирование температурных условий на нём. Именно невысокий эксцентриситет и небольшая удаленность движения Земли, а также оптимальный угол наклона оси сделали её температуру наиболее комфортной для существования живых организмов.

Добавить комментарий Отменить ответ

Перигелий, афелий и эксцентриситет

Разберемся с основными характеристиками орбитального пути. Все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца. Проходя по своей траектории данное тело имеет точки наибольшей удаленности и приближенности к центральной звезде. Они называются соответственно афелий и перигелий. От их значения напрямую зависят климатические условия на том или ином теле.

Перигелий и афелий планет
нашей системы имеют следующие величины:

  • Меркурий: 46 – 69,82 млн. км;
  • Венера: 107,5 – 109 млн. км;
  • Земля: 147,1 – 152,1 млн. км;
  • Марс: 206,7 – 249,2 млн. км;
  • Юпитер: 740,7 – 816 млн. км;
  • Сатурн: 1,35 – 1,5 млрд. км;
  • Уран: 2,73 – 3,01 млрд. км;
  • Нептун: 4,45 – 4,5 млрд. км.

детальная схема

По представленным величинам
видно, что у одних планет разница между расстоянием в минимальной и
максимальной удаленности от Солнца крайне мала, а у других – значительна. С
этим выводом неразрывно связан другой термин, необходимый для описания орбиты
планет, — эксцентриситет.

Эксцентриситет траектории, по которой движется планета, определяет ее форму. Для вычисления этого параметра необходимо знать большую и малую полуоси орбиты планеты. Для каждой формы орбитального пути есть свое числовое значение эксцентриситета:

  • 0 – круг;
  • От 0 до 1 – эллипс;
  • 1 – парабола;
  • От 1 до ∞ — гипербола;
  • ∞ — прямая.

Все орбиты планет Солнечный системы имеют значение эксцентриситета больше нуля, т.е. обладают эллипсовидной формой. При этом самые сжатые, схожие с круговыми, орбиты в Солнечной системе наблюдаются у Венеры и Нептуна, а наиболее вытянутые – у Меркурия и Марса.

Фактор, отвечающий за смену времен года

За сезонность на планетах Солнечной системы отвечает угол наклона оси вращения к орбите. Чем меньше угол, тем стабильнее погода на небесном теле и нет смены пор года. Также сезонности не бывает на небесных телах с углом наклона более 90°.

Смена сезонов характерна для объектов с углом наклона оси в пределах 20-30 градусов:

  • Земля (23,3°);
  • Марс (25,2°);
  • Сатурн (29°);
  • Нептун (30°).

«Лето» и «зима» также есть на Меркурии, несмотря на практически отсутствующий наклон оси. Это связано с высоким эксцентриситетом его орбиты. Разница между температурами в точках перигелия и афелия на Меркурии составляет 620 градусов Цельсия.

Таким образом, величина и форма пути, который описывает объект вокруг Солнца, очень влияют на формирование температурных условий на нём. Именно невысокий эксцентриситет и небольшая удаленность движения Земли, а также оптимальный угол наклона оси сделали её температуру наиболее комфортной для существования живых организмов.

С какой скоростью Земля летит сквозь Вселенную

Все планеты нашей системы вращаются вокруг Солнца, но и само светило при этом не стоит на месте. Любой гигантский космический объект обладает большой массой и рождает сильное гравитационное поле, начинающее притягивать к себе соседей. Этим объясняется движение планеты в направлении границ ближайших созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20 км/с.


Полет Земли через Вселенную. Credit: NASA Solar System Exploration.

Одновременно с этим Солнечная система и соседние с ней объекты притягиваются более крупными звездам. Все вместе они движутся, направляясь к Змееносцу, пересекающему эклиптику большому экваториальному созвездию, в котором вспыхнули последние из наблюдавшихся в нашей Галактике сверхновые звезды. В первом случае скорость перемещения составляет 15 км/с, во втором — 23-25 км/с.

Как часть Млечного Пути, Солнечная система вместе с остальными звездными и планетарными объектами нашей галактики, газовыми облаками, астероидами, кометами, черными дырами, частицами пыли и темной материей движется относительно общего центра масс. Эта условная точка галактики находится на расстоянии около 25 тыс. световых лет от нас. Солнце двигается вокруг нее по эллиптической орбите, 1 полный оборот (галактический год) продолжается 220-250 млн лет. Расчеты показывают, что скорость Солнца составляет около 220 км/с.

Но и сам Млечный Путь нестатичен:

  • он и его соседка по Местной группе галактик Андромеда притягивают друг друга со скоростью примерно 100-150 км/с;
  • находящаяся недалеко от нас крупная галактика М33 тоже движется в нашем направлении примерно с такой же скоростью;
  • большое скопление Девы, находящееся в 15-20 световых годах от нас, настолько массивное, что притягивает Млечный Путь к себе со скоростью 400 км/сек.

Млечный Путь в космосе. Credit: NASA Solar System Exploration.

Но и Андромеда, и М33, и состоящее не менее, чем из 1500 отдельных галактик скопление Девы тоже не являются стационарными объектами. Все они со скоростью 600 км/час движутся по направлению к Великому Аттрактору. Так называют условную точку, расположенную в глубинах Вселенной и состоящую из множества сверхскоплений, притягивающих к себе все окружающее.

Фактор, отвечающий за смену времен года

Земля со спутника Электро-Л

Угол между базовой плоскостью и плоскостью орбиты носит название наклонение орбиты. Базовой плоскостью в Солнечной системе считается плоскость Земной орбиты, которая имеет название эклиптика. В Солнечной системе располагаются восемь планет и их орбиты очень близки к плоскости эклиптики.

Все планеты Солнечной системы располагаются под углом к плоскости экватора относительно звезды. К примеру, угол наклона Земной оси равен примерно 23 градуса. Этот фактор влияет на то, какое количество света получает Северное или Южное полушарие планеты, а также отвечает за смену времен года.

What does it feel like to orbit planet Earth?What does it feel like to orbit planet Earth?

Планеты Солнечной системы
Карликовые планеты Плутон· Церера· Хаумеа· Макемаке· Эрида
Планеты Земной группы Меркурий· Венера· Земля· Марс
Газовые гиганты Юпитер· Сатурн· Уран· Нептун

Каким может быть радиус Земли

На данный момент различают:

  • экваториальный радиус-представляет собой линию от центра до точки экватора. Собственно, он имеет длину 6378,1 км.
  • полярный соединяет центральную точку с географическим полюсом.

А как известно, различают . По данным учёных, он равен 6356,8 км. Как видно, его длина меньше предыдущего. Очевидно, что это связано с формой Земли. Как известно, наша планета не идеально округлая по форме, а немного приплюснута у полюсов. Поэтому на экваторе наблюдается выпуклость, которая и приводит к увеличению дистанции от одной точки до другой. Как раз этим и объясняется различие между рассматриваемыми дистанциями.

Линия экватора

Однако учёные определили средний радиус Земли. И он составляет 6371 км. В итоге, отвечая на вопрос: чему равен радиус Земли, можно руководствоваться средним значением. Либо будет правильнее уточнить, что существует две разные длины этой характеристики планеты

Также важно подметить, что радиус Земли рассчитывается, главным образом, в километрах

Земля или Солнце: что вращается?

Много лет назад считалось, что Земля является неподвижной, а вращаются вокруг нее Солнце и все другие местные планеты. Доказать обратное удалось только в XVI в. Многие ошибочно связывают этот научный прорыв с именем Галилео Галилея, ведь это он произнес знаменитые слова «И все-таки она вертится!».

Однако открытие принадлежит Николаю Копернику — в своем трактате «Об обращении небесных сфер», увидевшем свет в 1543 г., он выдвигал теорию о движении планет вокруг Солнца, а не всех небесных тел вокруг Земли.

Эта идея долгое время не была признана в европейских научных кругах и тем более ее не поддержала церковь. Однако это была мини-революция, оказавшая влияние на дальнейшее развитие астрономии.

Вращение Земли вокруг Солнца. Credit: Luckclub.ru

Сначала теория о вращении планет вокруг центра Солнечной системы была окончательно доказана, затем астрономы начали выяснять причины такого явления.

В последние столетия выдвигалось множество гипотез, однако точно ответить сегодня на вопрос, почему Земля крутится вокруг Солнца, не может ни один исследователь.

Хотя несколько версий имеется:

  • инертное вращение;
  • приведение в движение магнитосферой;
  • воздействие на Землю солнечного излучения.

Закон Ньютона утверждает, что все тела, в т. ч. и космические, передвигаются по прямой линии. Это значит, что околосолнечные планеты, включая нашу, давно должны были улететь в открытое космическое пространство, однако до сих пор этого не произошло. Все же Солнце имеет большую массу, вызывающую соответствующую силу притяжения.

Во время своего движения Земля все время пытается отклониться от эллиптической траектории и начать движение по прямой линии, однако солнечная гравитация притягивает планету обратно, поэтому мы удерживаемся на орбите и кружимся вокруг нашего светила.

Устойчива ли орбита Земли?

По законам Кеплера планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и неустойчивости, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на светило. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходиться применять компьютерное моделирование.

Проведенные расчеты не позволяют однозначно предсказать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий либо падает на Солнце, либо сталкивается с Венерой или Землей. Также он может спровоцировать столкновение других планет. Но произойдет это через миллиарды лет.

Вращательное движение: перемещение, скорость и ускорение

Если вы привыкли решать задачи о прямолинейном движении типа “некто движется из пункта А в пункт Б”, то задачи о вращательном движении можно формулировать аналогично, но для этого нужно приобрести некоторый опыт. На рис. 7.1 мяч движется криволинейно по окружности, а не прямолинейно по линии. Это движение можно было бы описать как комбинацию прямолинейных движений с координатами X и Y. Однако гораздо удобнее характеризовать его иначе, а именно как вращательное движение с одной координатой ​\( \theta \)​. В данном примере вращательного движения перемещение можно характеризовать углом \( \theta \) так же, как в прямолинейном движении перемещение характеризуется расстоянием \( s \). (Более подробно перемещение при прямолинейном движении описывается в главе 3.)

Стандартной единицей измерения перемещения при вращательном движении является радиан (рад), а не градус. Полная окружность охватывает угол величиной ​\( 2\pi \)​ радиан, что равно 360°. Соответственно, половина окружности охватывает угол величиной ​\( \pi \)​ радиан, а четверть окружности — ​\( \pi/2 \)​.

Как преобразуются величины углов из градусов в радианы и обратно? Достаточно определить, сколько радиан приходится на один градус, т.е. вычислить отношение ​\( 2\pi \)​/360°. Например, величина угла 45° в радианах равна:

Аналогично, для преобразования величины угла из радианов в градусы следует определить, сколько градусов приходится на один радиан, т.е. вычислить отношение 360°/​\( 2\pi \)​. Например, величина угла ​\( \pi/2 \)​ в градусах равна:

Формулировка вращательного движения в терминах прямолинейного движения очень удобна. Напомним основные формулы прямолинейного движения, которые подробно описываются в главе 3:

Теперь для вывода аналогичных основных формул вращательного движения достаточно в формулах прямолинейного движения вместо расстояния ​\( s \)​, которое характеризует прямолинейное перемещение, подставить угол ​\( \theta \)​, который характеризует угловое перемещение. А как определяется угловая скорость? Очень просто. Угловая скорость ​\( \omega \)​ определяется аналогично, как изменение угла за единицу времени, и равна количеству радианов, пройденных за секунду:

Обратите внимание, как похоже это выражение для угловой скорости на выражение для линейной скорости:

Давайте теперь вычислим угловую скорость мяча на рис. 7.1. Он совершает полный круг, охватывающий ​\( 2\pi \)​ радиан, за 1/2 с, а значит, его угловая скорость равна:

(Величина угла, выраженная в радианах, равна отношению длины дуги окружности к длине ее радиуса. Поэтому радиан — это безразмерная величина, и ее обозначение (рад) часто опускается. Соответственно, угловую скорость принято указывать “в обратных секундах” как с-1, т.е. без указания единицы измерения углов. — Примеч. ред.)

Угловое ускорение ​\( \alpha \)​ определяется аналогично линейному ускорению:

Оно определяется как изменение угловой скорости за единицу времени и измеряется в радианах на секунду в квадрате. Если скорость за 2 с изменилась от величины ​\( 4\pi c^{-1} \)​ до величины \( 8\pi c^{-1} \), то чему равно угловое ускорение? Подставим эти численные значения в предыдущую формулу и получим:

Итак, для описания вращательного движения у нас есть следующие аналоги: для линейного перемещения ​\( s \)​ — угловое перемещение ​\( \theta \)​, для линейной скорости ​\( v \)​ — угловая скорость ​\( \omega \)​ и для линейного ускорения ​\( a \)​ — угловое ускорение ​\( \alpha \)​.

На основании этой аналогии можно легко вывести основные формулы вращательного движения (подобно основным формулам прямолинейного движения, которые подробно описываются в главе 3):

Более подробно эти выражения рассматриваются далее в главе 10 при описании момента импульса и момента силы.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.


Диаграмма, показывающая, как барицентр Солнечной системы менялся с течением времени. Credit: Wikimedia Commons.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор

Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение

Сейчас ежегодно расстояние между Землей и нашей звездой увеличивается на 15 см, и разница с сегодняшним значением полуоси достигнет километра уже через 67 тысяч лет — пустяк с точки зрения космического времени. Но постоянно отдаляться мы не будем: раз в 100 тыс. лет удаление будет сменяться сближением и наоборот.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Всё об орбитальной механике | Как запускают спутникиВсё об орбитальной механике | Как запускают спутникиWhat does it feel like to orbit planet Earth?What does it feel like to orbit planet Earth?

Почему ОРБИТЫ ПЛАНЕТ лежат в одной плоскости? [Эллиптические орбиты]Почему ОРБИТЫ ПЛАНЕТ лежат в одной плоскости? [Эллиптические орбиты]

За какое время планеты вращаются вокруг Солнца?За какое время планеты вращаются вокруг Солнца?

Орбита Земли

Наша планета движется вокруг Солнца по эллиптической траектории, то приближаясь к светилу на 147 млн км (этот период приходится на январь каждого года), то отдаляясь. Максимально близкая к светилу точка называется перигелием. Через полгода Земля входит в афелий. В это время расстояние от нее до нашей звезды становится равным 152 млн км. За среднее расстояние принято число 150 млн км — это большая земная полуось.


Земля вращается вокруг своей оси двигаясь на восток. Credit: NASA Solar System Exploration.

Полный оборот планеты вокруг условной оси, проходящей через центр Солнечной системы, длится чуть более, чем 365 суток 5 часов 48 минут. Этот период получил название астрономического года, он не совпадает с календарным, в котором для удобства содержится целое число дней.

Орбитальный путь составляет 942 млн км. Расчетным путем была найдена околосолнечная скорость движения нашей планеты — 29,8 км/с. Это среднее значение, т. к. в точках афелия и перигелия Земля немного замедляется, а потом снова ускоряется.

Интересное о земном экваторе

Территория, которая прилежит к экватору, имеет влажный и тёплый климат. Средняя температура на протяжении целого года колеблется от 25 до 30 градусов. Дождь идёт ежедневно. Экваториальные страны имеют такие интересные особенности.

  1. На экваторе расположено 14 стран. В его честь названо государство Эквадор.
  2. Экватор пересекает 33 острова, из которых 17 находится в Индонезии.
  3. Во всех экваториальных странах, кроме Габона и Сомали, установлены памятные знаки.
  4. На Галапагосском архипелаге находится вулкан Вольф. Его интересная особенность в том, что он расположен по обе стороны экватора.
  5. Недалеко от города Кито (столицы Эквадора) расположен вулкан Каямбе. Высота его около 4,7 км. Несмотря на то, что он находится на экваторе, его склоны покрыты снегом.
  6. Река Конго, которая находится в Африке, пересекает нулевую параллель два раза. Интересно, что на экваторе Земля вращается вокруг своей оси в 1,4 раза быстрее скорости звука. Поэтому здесь удобнее запускать космические спутники. При запуске экономится до 10 процентов ракетного топлива.
Как вычислить окружность Земли.Как вычислить окружность Земли.

Лунный цикл орбиты

Лунный цикл порождает фазы Луны — кажущаяся перемена внешнего вида небесного тела в небе из-за изменения количества освещенности. Когда звезда, планета и спутник выстраиваются в одну линию, то угол между Луной и Солнцем составляет 0 градусов.

В этом периоде лунная сторона, повернутая к Солнцу, получает максимум лучей, а обращенная к нам – темная. Далее идет проход и угол растет. После Новолуния объекты разделены на 90 градусов, и мы уже видим иную картину. На нижней схеме можно подробно изучить, как формируются лунные фазы.

Если они расположены в противоположных сторонах, то угол – 180 градусов. Лунный месяц длится 28 дней, во время которого спутник «растет» и «убывает».

При четверти Луна заполнена меньше чем наполовину и растет. Далее идет переход за половину, и она угасает. Мы встречаем последнюю четверть, где освещена уже другая сторона диска.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий