В ночном небе мы видим единственный спутник Земли, который сопровождает нашу планету. Обычно мы его наблюдаем только ночью. Но почему Луна не падает на Землю, что её держит в небе?
Научное объяснение вопроса «Почему Луна не падает?»
Луна не прикреплена намертво к земному шару. Она вертится вокруг нашей планеты. Поэтому в разные дни мы видим разные формы нашего естественного спутника. Иногда он появляется на безоблачном небе ещё с вечера, а иногда – поздно ночью. Мы говорим, что месяц всходит и заходит, что сегодня полнолуние, а через 20 дней будет новолуние. Но ответить на вопрос «Почему Луна не падает» сложно. Ведь по закону Ньютона на любое тело действует сила притяжения, и оно должно упасть.
Луна испытывает влияние Земли и Солнца. Они притягивают её в двух направлениях. Но притяжение от главного светила намного сильнее, чем от нашей планеты. Поэтому Луна и Земля вертятся вокруг центра Вселенной, но при этом находятся рядом друг с другом. Если бы на Луну действовало только Солнце, тогда она бы двигалась по маршруту с сильно вогнутыми точками. Но на неё влияет и наша планета. Её действие по сравнению с действием могущественного светила намного меньше, но Земля находится ближе к месяцу. Поэтому наша планета выравнивает траекторию движения своего спутника, меняя её время от времени.
Получается, что Луну притягивают два больших небесных тела. Но этого недостаточно, чтобы она не упала. Она не падает потому, что движется. Её скорость 1 км/сек. Этого достаточно, чтобы не упасть, но мало, чтобы не покинуть свою орбиту. Если ночное светило что-то сможет остановить, то оно упадёт на земную поверхность.
Ответ на вопрос «Почему Луна не падает на Землю?»
Притяжение двух тел, движение в Космосе – это всё можно легко моделировать. Попробуйте — и вы поймёте, почему Луна не может упасть на Землю. Ответ можно получить с небольшого и очень простого опыта. Возьмите предмет, который удобно закрепить на нитке. Хорошо привяжите его и начинайте крутить. Вот ваш предмет вращается довольно быстро. Он не падает, не летит никуда. Нить – это сила притяжения. Ваша рука – Земля. Предмет на нитке – Луна. Движение не позволяет ей упасть, выйти с орбиты, а нить – улететь далеко от вас. Если нить порвётся, то предмет отлетит. Так и с Луной. Когда сила притяжения планеты ослабнет – ночное светило улетит в далёкий Космос.
Ещё один эксперимент поможет понять способ движения спутника нашей планеты. Возьмите яблоко. Разожмите руку – оно упадёт. Действует сила Ньютона. Снова возьмите яблоко и постарайтесь бросить его параллельно поверхности. Яблоко пролетит некоторое время и упадёт. А если мы бросим яблоко на большой глобус? Потом параллельно ему? Тогда яблоко перелетит глобус и упадёт в другом месте. А если глобус будет притягивать, то яблоко будет лететь параллельно его поверхности.
Почему Луна не падает на Солнце?
Если Солнце сильнее Земли, то почему Луна не падает на ? Почему сила центра Вселенной не способна притянуть к себе это ночное светило? Способна. Солнечное притяжение в два раза сильнее земного. Но упасть Луне на Солнце не позволяет наша планета. Хотя она притягивает Луну к себе слабее, но находится рядом с ней. Эта близость компенсирует влияние Солнца. И месяц не улетает со своей орбиты, чтобы упасть на солнечную поверхность.
Уравновешивает две разные силы притяжения расстояние. Но учёные доказывают, что Луна с каждым годом становится всё дальше от нас. Месяц отдаляется от Земли за год на 3-4 см. Это незаметно в масштабах человеческой жизни. Однако чем дальше спутник будет отходить от Земли, тем меньшую силу наша планета окажет на него, а влияние Солнца будет возрастать.
Пока единственный спутник нашей планеты вращается вокруг нас, а Земля вместе со своим спутником – вокруг Солнца. Солнечная сила уходит на то, чтобы эти два тела не двигались по прямой, а шли по искривлённой орбите. На большее силы дневного светила не хватает.
Почему Луна не падает на Землю? Краткий ответ
3 пункта ответа «Почему не падает на Землю?»:
1. Её держит земное притяжение. Если не будет его, то Луна улетит в открытый Космос.
2. От падения на Землю Луну защищает солнечное притяжение. Сила этого светила в два раза сильнее, но наш спутник находится ближе к своей планете. Это уравнивает воздействие двух больших тел.
3. Движение не позволяет Луне упасть. Если она остановится, то свалится на земную поверхность.
Даже если предположить, что ночное светило остановилось и начало падать на земную поверхность, то выделится огромная энергия, которая разрушит месяц. В итоге наш спутник перестанет быть твёрдым телом.
Актуальность:
12 апреля наша страна вспоминает грандиозное событие – полет человека в космос. На уроках мы тоже обсуждали тему космоса, рисовали рисунки. И учительница попросила нас приготовить интересные доклады про космос. Поэтому я выбрал именно эту тему, так как мне самому это интересно. И в преддверии этого праздника “Дня космонавтики” для нас это актуально, думаю, что и вас заинтересует.
Мои предположения:
Дома я достал энциклопедию ” Небесные тела” и стал читать. Тут я себя спросил, а может Луна на нас упасть? Я ответил, что, наверное, Луна упадет в том случае, если приблизится к Земле. А, может быть, ее что–то держит с Землей, поэтому она не падает и никуда не улетает.
Цель и задачи моей работы:
Я решил подробнее изучить литературу, как Луна образовалась, как влияет на Землю, что ее связывает с Землей, и почему Луна не улетает в космос и не падает на Землю. И вот что я узнал.
Введение
В астрономии спутником называется тело, которое вращается вокруг большого по размерам тела и удерживается силой его притяжения. Луна – спутник Земли. Земля– спутник Солнца. Луна – твердое, холодное, шарообразное небесное тело, которое в 4 раза меньше Земли.
Луна– самое близкое к Земле небесное тело. Если было бы возможно, то турист шел бы до Луны 40 лет
Система Земля – Луна – уникальна в Солнечной системе, так как ни одна планета не имеет такой крупный спутник. Луна – единственный спутник Земли.
Она видна невооруженным глазом лучше, чем любая планета в телескоп. Много загадок таит в себе наш спутник.
Луна – это пока единственное космическое тело, на котором побывал человек. Луна обращается вокруг Земли точно так же, как Земля обращается вокруг Солнца (см. рис. 1).
Расстояние между центрами Луны и Земли примерно 384467 км.
Как выглядит Луна?
Луна совсем не похожа на Землю. Там нет ни воздуха, ни воды, ни жизни. Концентрация газов у поверхности Луны равноценна глубокому вакууму. Из–за отсутствия атмосферы её мрачные пыльные просторы раскаляются днём до + 120 °С и промерзают ночью или просто в тени до – 160 °С. Небо на Луне всегда чёрное, даже днём. Огромный диск Земли выглядит с Луны больше чем в 3,5 раза, чем Луна с Земли, и висит в небе почти неподвижно (см. рис. 2).
Вся поверхность Луны изрыта воронками, которые называют кратерами. Ты можешь увидеть их, присмотревшись к Луне в ясную ночь. Некоторые кратеры такие большие, что в них мог бы уместиться огромный город. Основные варианты образования кратеров две – вулканическая и метеоритная.
Поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря.
Лунные моря, которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны, – это огромные кратеры, возникшие в результате столкновения с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой. Лунным морям были даны названия: Море Кризисов, Море Изобилия, Море Спокойствия, Море Дождей, Море Облаков, Море Москвы и другие.
В сравнении с Землёй Луна очень маленькая. Радиус Луны равен 1738 км, объём Луны составляет 2 % от объёма Земли, а площадь – примерно 7,5 %
Как образовалась Луна?
Луна и Земля – почти ровесники. Вот одна из версий образования Луны.
1. Вскоре после образования Земли в неё врезалось огромное небесное тело.
2. От удара оно разлетелось на множество осколков.
3. Под действием гравитации (притяжения) Земли осколки стали обращаться вокруг неё.
4. Со временем осколки собрались вместе, и из них образовалась Луна.
Фазы Луны
Луна каждый день меняет свой вид. Сначала узенький серп, затем Луна полнеет и через несколько дней становится круглой. Еще несколько дней полная Луна постепенно становится все меньше и меньше и снова делается похожей на серп. Серп Луны часто называют месяцем. Если серп повернут выпуклостью влево, как буква ” С”, то говорят, что Луна “стареет”. Через 14 суток и 19 часов после полнолуния старый месяц исчезнет совсем. Луна не видна. Такую фазу Луны называют ” новолунием “. Потом постепенно Луна из узкого серпа, повернутого вправо, превращается снова в полную Луну.
Чтобы луна снова ” выросла “, требуется такой же промежуток времени: 14 суток и 19 часов. Изменение вида Луны, т.е. изменение лунных фаз, от полнолуния до полнолуния происходит каждые четыре недели, точнее за 29 с половиной суток. Это лунный месяц. Он послужил основой для составления лунного календаря. Во время полнолуния Луна повернута к Земле освещенной стороной, а во время новолуния – неосвещенной стороной. Обращаясь вокруг Земли, луна поворачивается к ней то полностью освещенной поверхностью, то частично освещенной поверхностью, то темной. Вот поэтому в течение месяца непрерывно меняется вид Луны.
Приливы и отливы
Гравитационные силы между Землёй и Луной вызывают некоторые интересные эффекты. Наиболее известный из них – морские приливы и отливы. Разность уровней прилива и отлива на открытых пространствах океана невелика и составляет 30–40 см. Однако вблизи берегов вследствие набега приливной волны на твёрдое дно, приливная волна увеличивает высоту точно так же, как обычные ветровые волны прибоя.
Учитывая направление вращения Луны вокруг Земли, можно составить картину следования приливной волны по океану. Максимальная амплитуда приливной волны на Земле наблюдается в заливе Фанди в Канаде и составляет 18 метров.
Исследования Луны
Луна привлекала внимание людей с древних времён. Изобретение телескопов позволило различать более мелкие детали рельефа (форма поверхности) Луны. Одну из первых лунных карт составил Джованни Риччиоли в 1651 году, он же дал названия крупным тёмным областям, именовав их “морями”, чем мы и пользуемся до сих пор. В 1881 Жюль Янссен составил детальный “Фотографический атлас Луны”.
С началом космической эры количество наших знаний о Луне значительно увеличилось. Впервые Луну посетил советский космический корабль “Луна–2” 13 сентября 1959 года.
Впервые удалось заглянуть на обратную сторону Луны в 1959 году, когда советская станция “Луна–3” пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности.
Американская программа пилотируемого полёта на Луну называлась “Аполлон”.
Первая посадка произошла 20 июля 1969 года, а первым человеком, ступившим на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг. На Луне побывали шесть экспедиций, но в последний раз это было в далёком 1972 году, так как экспедиции очень дорогостоящие. Каждый раз на неё высаживались два человека, которые проводили на Луне до трёх суток. В настоящее время готовятся новые экспедиции.
Почему же Луна не падает на Землю?
Луна моментально упала бы на Землю, если бы была неподвижной. Но Луна не стоит на месте, она вращается вокруг Земли.
Когда мы бросаем объект, такой как теннисный мяч сила тяжести тянет его по направлению к центру земли.Даже брошенный с большой скоростью теннисный мяч все равно упадет на землю, но картина изменится если объект находится гораздо дальше и движется гораздо быстрее.
Мой опыт:
Я задал этот вопрос своему папе, и он объяснил мне на простом примере. Мы привязали на нитку обыкновенный ластик. Представьте себе, что вы – это Земля, а ластик – луна, и начните ее раскручивать. Ластик на нитке будет прямо–таки вырываться из вашей руки, но нитка его не пустит. Луна находится так далеко и движется так быстро, что падение вниз никогда не происходит в одном направлении. Даже падая постоянно, луна никогда не упадет на землю. Вместо этого она движется вокруг земли по постоянному пути.
Если мы будем вращать ластик очень сильно, то нить порвется, а если медленно то ластик упадет.
Делаем вывод: если бы луна двигалась еще быстрее, то она преодолела бы притяжение земли и улетела в космос, если бы луна двигалась медленнее, сила тяжести притянула бы ее к земле. Этот точный баланс скорости притяжения создает то,что мы называем орбитой, где меньшее небесное тело постоянно обращается вокруг большего.
Сила, которая не дает Луне “убежать” при вращении – это сила притяжения Земли. А сила, которая не дает Луне упасть на Землю – это центробежная сила, которая возникает при вращении Луны вокруг Земли.
Обращаясь вокруг Земли, Луна движется по орбите со скоростью 1 км/сек, то есть достаточно медленно, чтобы не покинуть свою орбиту и “улететь” в космос, но и достаточно быстро, чтобы не упасть на Землю.
Между прочим...
Вы удивитесь, но на самом деле Луна... отдаляется от Земли со скоростью 3–4 см в год! Движение Луны вокруг Земли можно представить как медленно раскручивающуюся спираль. Причиной такой траектории Луны является Солнце, которое притягивает Луну в 2 раза сильнее, чем Земля.
Почему же тогда Луна не падает на Солнце? А потому что Луна вместе с Землей вращается, в свою очередь, вокруг Солнца, и притягательное действие Солнца без остатка тратится на то, чтобы постоянно переводить оба эти тела с прямого пути на искривленную орбиту.
– Сама Луна не светится, она лишь отражает падающий на неё солнечный свет;
– Луна оборачивается вокруг своей оси за 27 земных суток; за это же время она совершает один оборот вокруг Земли;
– Луна, вращаясь вокруг земли, всегда обращена к нам одной стороной, обратная её сторона остаётся для нас невидимой;
– Луна, двигаясь по своей орбите, постепенно удаляется от Земли примерно на 4 см. в год.
– Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле.
Поэтому взлететь ракете с Луны гораздо легче, чем с Земли.
Возможно, что скоро в далекие межпланетные рейсы космические корабли будут отправляться не с Земли, а с Луны.
С началом нынешнего века Китай объявил о своей готовности исследовать Луну, а также выстроить там несколько обитаемых лунных баз. После этого заявления космические организации ведущих стран, а в частности США (НАСА) и ЕКА (Европейское Космическое Агентство) снова развернули свои космические программы.
Что из этого выйдет?
Посмотрим в 2020 году. Именно на этот год Дж.Бушем была запланирована высадка людей на Луну. Эта дата опережает Китай на целых десять лет, так как в их космической программе было сказано, что создание обитаемых лунных баз и высадка на них людей состоится лишь в 2030 году.
Луна является наиболее исследованным небесным телом, но для человека она таит в себе ещё очень много загадок: возможно, она является базой внеземных цивилизаций, возможно жизнь на Земле была бы совершенно другой, если бы не было Луны, возможно в будущем человек поселится и на Луне...
Выводы:
Итак, мы выяснили, что Луна – это естественный спутник Земли, она вращается вокруг нашей планеты и вместе с Землей, движется по орбите вокруг Солнца;
– вопрос о происхождении Луны до сих пор остаётся спорным;
– изменения формы Луны называются фазами. Они существуют только для нас,
Одно из моих предположений оказалось верным, Луну действительно что–то держит, и это – сила притяжения Земли и центробежная сила.
А другое мое предположение, что Луна упадет, если приблизится к Земле не совсем верное. Луна упадет на Землю тогда, когда Луна перестанет вращаться, будет неподвижной, тогда и не сработает центробежная сила.
Изучая энциклопедии и интернет, я узнал много нового и интересного. Обязательно поделюсь этими открытиями с одноклассниками на уроке окружающий мир.
Нам удалось разгадать некоторые загадки Луны, но от этого она не стала менее интересной и притягательной!
Использованная литература:
1. “Космос. Сверхновый атлас Вселенной”, М., ” Эксмо”,2006г.
2. Новая школьная энциклопедия ” Небесные тела”, М., “Росмен”,2005г
3. “Почемучка” Детская энциклопедия, М., ” Росмен”, 2005г.
4. “Что такое? Кто такой?” детская энциклопедия, М.,”Педагогика –
Пресс“1995 г.
5. Интернет – справочники, картинки про космос.
Выполнил: ученик 3Б класса
Халиуллин Ильдар
Руководитель: Сакаева Г.Ч.
МОУ СОШ №79, г. Уфа
Все в этом мире притягивается ко всему. И для этого не нужно обладать какими-то специальными свойствами (электрическим зарядом, участвовать во вращении, иметь размер не меньше какого-то.). Достаточно просто существовать, как существует человек или Земля, или атом. Тяготение или, как часто говорят физики, гравитация - самое универсальное взаимодействие. И все-таки: все притягивается ко всему. Но как именно? По каким законам? Как это ни удивительно, закон этот один, и причем, он один и тот же для всех тел во Вселенной - и для звезд, и для электронов.
1. Законы Кеплера
Ньютон утверждал, что между Землёй и всеми материальными телами существует сила тяготения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния.
В XIV веке астроном из Дании Тихо Браге почти 20 лет наблюдал за движением планет и записывал их положения, и смог с наибольшей возможной в то время точностью определить их координаты в различные моменты времени. Его помощник, математик и астроном Иоганн Кеплер, проанализировал записи учителя и сформулировал три закона движения планет:
Первый закон Кеплера
Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Форму эллипса степень его сходства с окружностью будет тогда характеризовать отношение: e=c/d , где c - расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина меж фокусного расстояния); a - большая полуось. Величина e называется эксцентриситетом эллипса. При c = 0 и e = 0 эллипс превращается в окружность с радиусом a.
Второй закон Кеплера (Закон площадей)
Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём площадь сектора орбиты, описанная радиус-вектором планет, изменяется пропорционально времени.
Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий - ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий - наиболее удалённая точка орбиты. Тогда можно утверждать, что планета движется вокруг Солнца неравномерно: имея линейную скорость в перигелие больше, чем в афелии.
Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее; поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.
Третий закон Кеплера (Гармонический закон)
Третий, или гармонический, закон Кеплера связывает среднее расстояние планеты от Солнца (a) с ее орбитальным периодом (t):
где индексы 1 и 2 соответствуют любым двум планетам.
Ньютон принял эстафету Кеплера. К счастью, от Англии 17-го века осталось немало архивов, писем. Проследим за рассуждениями Ньютона.
Надо сказать, что орбиты большинства планет мало отличаются от круговых. Поэтому будем считать, что планета движется не по эллипсу, а по окружности радиуса R - это не меняет сути вывода, но сильно упрощает математику. Тогда третий закон Кеплера (он остается в силе, ведь окружность - частный случай эллипса) можно сформулировать так: квадрат времени одного оборота по орбите (T2) пропорционален кубу среднего расстояния (R3) от планеты до Солнца:
T2=CR3 (экспериментальный факт).
Здесь С - некоторый коэффициент (постоянная - одна и та же для всех планет).
Т. к. время одного оборота T можно выразить через среднюю скорость движения планеты по орбите v: T=2(R/v, то третий закон Кеплера принимает следующий вид:
Или после сокращения 4(2 /v2=СR.
Теперь учтем, что согласно второму закону Кеплера движение планеты по круговой траектории происходит равномерно, т. е. с постоянной по величине скоростью. Из кинематики нам известно, что ускорение тела, движущегося по окружности с постоянной скоростью, будет чисто центростремительным и равным v2/R. А тогда сила, действующая на планету, по второму закону Ньютона будет равна
Выразим отношение v2/R из закона Кеплера v2/R=4(2 /СR2 и подставим его во второй закон Ньютона:
F= m v2/R=m4(2 /СR2 = k(m/R2), где к=4(2 /С - постоянная для всех планет величина.
Итак, для любой планеты сила, действующая на нее, прямо пропорциональна ее массе и обратно пропорциональна квадрату ее расстояния от Солнца:
Солнце - источник силы, действующей на планету, следует из первого закона Кеплера.
Но если Солнце притягивает планету с силой F, то и планета (по третьему закону Ньютона) должна притягивать Солнце с той же по величине силой F. Причем, эта сила по своей природе ничем не отличается от силы со стороны Солнца: она тоже гравитационная и, как мы показали, тоже должна быть пропорциональна массе (на сей раз - Солнца) и обратно пропорциональна квадрату расстояния: F=k1(M/R2), здесь коэффициент к1 - свой для каждой планеты (возможно, он даже зависит от ее массы!).
Приравнивая обе силы тяготения, мы получаем: km=k1M. Это возможно при условии, что k=(M, а k1=(m, т. е. при F=((mM/R2), где (- постоянная - одна и та же для всех планет.
Поэтому всемирная гравитационная постоянная (не может быть любой - при выбранных нами единицах величин - только такой, какой ее выбрала природа. Измерения дают примерное значение (= 6,7 х10-11 Н. м2/кг2.
2. Закон всемирного тяготения
Ньютон получил замечательный закон, описывающий гравитационное взаимодействие любой планеты с Солнцем:
Следствиями этого закона оказались все три закона Кеплера. Это было колоссальным достижением - найти (один!) закон, управляющий движением всех планет Солнечной системы. Если бы Ньютон ограничился только этим, мы все равно вспоминали бы его при изучении физики в школе и называли бы выдающимся ученым.
Ньютон был гением: он предположил, что тот же самый закон управляет гравитационным взаимодействием любых тел, он описывает поведение Луны, вращающейся вокруг Земли, и яблока, падающего на Землю. Это была удивительная мысль. Ведь общее мнение было - небесные тела движутся по своим (небесным) законам, а земные тела - по своим, “мирским” правилам. Ньютон предположил единство законов природы для всей Вселенной. В 1685 г. И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения:
Любые два тела (а точнее, две материальные точки) притягиваются по направлению друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Закон всемирного тяготения - один из лучших примеров, показывающих, на что способен человек.
Сила тяготения, в отличие от сил трения и упругих, не является контактной силой. Этой силе требуется соприкосновения двух тел, чтобы они гравитационно взаимодействовали. Каждое из взаимодействующих тел создает во всем пространстве вокруг себя гравитационное поле - такую форму материи, посредством которой тела гравитационно взаимодействуют друг с другом. Поле, созданное каким-то телом, проявляется в том, что действует на любое другое тело с силой, определяемой всемирным законом тяготения.
3. Перемещение Земли и Луны в пространстве.
Луна, естественный спутник Земли, в процессе своего движения в пространстве испытывает влияние главным образом двух тел - Земли и Солнца. Рассчитаем силу, с которой Солнце притягивает Луну, применив закон всемирного тяготения, получим, что солнечное притяжение в два раза сильнее земного.
Почему же Луна не падает на Солнце? Дело в том, что и Луна, и Земля обращаются вокруг общего центра масс. Общий центр масс Земли и Луны обращается вокруг Солнца. Где находится центр масс системы Земля - Луна? Расстояние от Земли до Луны составляет 384 000 км. Отношение массы Луны к массе Земли равно 1:81. Расстояния от центра масс до центров Луны и Земли будут обратно пропорциональны этим числам. Разделив 384 000 км на 81, получим примерно 4700 км. Значит, центр масс находится на расстоянии 4700 км от центра Земли.
* А чему равен радиус Земли?
* Около 6400 км.
* Следовательно, центр масс системы Земля - Луна лежит внутри земного шара. Поэтому, если не гнаться за точностью, можно говорить об обращении Луны вокруг Земли.
Перемещения Земли и Луны в пространстве и изменение их взаимного положения по "отношению к Солнцу показаны на схеме.
При двукратном преобладании солнечного притяжения над земным кривая движения Луны должна быть вогнутой по отношению к Солнцу во всех своих точках. Влияние близкой Земли, существенно превышающей по массе Луну, приводит к тому, что величина кривизны лунной гелиоцентрической орбиты периодически меняется.
Луна обращается вокруг Земли, удерживаемая силой притяжения. С какой силой Земля притягивает Луну?
Это можно определить по формуле, выражающей закон тяготения: F=G*(Mm/r2) где G - гравитационная постоянная, Mm - массы Земли и Луны, r - расстояние между ними. Сделав вычисление, мы пришли к тому, что Земля притягивает Луну с силой около 2-1020 Н.
Все действие силы притяжения Луны Землей выражается лишь в удержании Луны на орбите, в сообщении ей центростремительного ускорения. Зная расстояние от Земли до Луны и число оборотов Луны вокруг Земли, Ньютон определил центростремительное ускорение Луны, получилось уже известное нам число: 0,0027 м/с2. Хорошее соответствие расчетного значения центростремительного ускорения Луны с его действительным значением подтверждает предположение о единой природе силы, удерживающей Луну на орбите, и силы тяжести. Луну на орбите мог бы удержать стальной канат, имеющий диаметр около 600 км. Но, не смотря на такую огромную силу притяжения, Луна не падает на Землю.
Луна удалена от Земли на расстояние, равное примерно 60 земным радиусам. Следовательно, рассуждал Ньютон. Луна, падая с таким ускорением, должна бы приблизиться к Земле за первую секунду на 0,0013 м. Но Луна, кроме того, движется и по инерции в направлении мгновенной скорости, т. е. по прямой, касательной в данной точке к ее орбите вокруг Земли
Двигаясь по инерции, Луна должна удалиться от Земли, как показывает расчёт, за одну секунду на 1,3 мм. Разумеется, такого движения, при котором за первую секунду Луна двигалась бы по радиусу к центру Земли, а за вторую секунду – по касательной, в действительности не существует. Оба движения непрерывно складываются. В результате Луна движется по кривой линии, близкой к окружности.
Обращаясь вокруг Земли, Луна движется по орбите со скоростью 1 км/сек, т. е достаточно медленно, чтобы не покинуть свою орбиту и "улететь" в космос, но и достаточно быстро, чтобы не упасть на Землю. Можно сказать, что Луна упадет на Землю только в том случае, если не будет двигаться по орбите, т. е. если внешние силы (некая космическая рука) остановят Луну в ее движении по орбите, то она естественным образом упадет на Землю. Однако при этом выделится столько энергии, что говорить о падении Луны на Землю, как твердого тела не приходится. Из всего изложенного можно сделать вывод.
Луна падает, но не может упасть. И вот почему. Движение Луны вокруг Земли является результатом компромисса между двумя "желаниями" Луны: двигаться по инерции - по прямой (из-за наличия скорости и массы) и падать "вниз" на Землю (тоже из-за наличия массы). Можно сказать так: всемирный закон тяготения призывает Луну упасть на Землю, но закон инерции Галилея "уговаривает" ее вообще не обращать на Землю внимания. В результате получается нечто среднее - орбитальное движение: постоянное, без окончания, падение.
В статье рассказывается о том, почему Луна не падает на Землю, причины движения ее вокруг Земли и некоторые другие аспекты небесной механики нашей Солнечной системы.
Начало космической эры
Естественный спутник нашей планеты всегда привлекал к себе внимание. В древние времена Луна была предметом культа некоторых религий, а с изобретением примитивных телескопов первые астрономы не могли оторваться от созерцания величественных кратеров.
Чуть позже, с открытием в других областях астрономии, стало ясно, что подобный небесный спутник есть не только у нашей планеты, но и у ряда других. А у Юпитера, их целых 67 штук! Но наш лидирует по размеру во всей системе. Но почему Луна не падает на Землю? С чем связано ее движение по одной и той же орбите? Об этом мы и поговорим.
Небесная механика
Для начала, нужно разобраться с тем, что такое движение по орбите и почему оно происходит. Согласное определению, которым пользуются физики и астрономы, орбита — это движение в другого, значительно превосходящего по массе, объекта. Долгое время считалось, что орбиты планет и спутников имеют круговую форму как самую естественную и совершенную, но Кеплер после безуспешных попыток применить эту теорию на движение Марса, отверг ее.
Как известно из курса физики, любые два объекта испытывают взаимные так называемую гравитацию. Те же самые силы влияют на нашу планету и Луну. Но если они притягиваются, то почему Луна не падает на Землю,как было бы логичней всего?
Все дело в том, что и Земля не стоит на месте, а движется вокруг Солнца по эллипсу, как бы постоянно «убегая» от своего спутника. А тот, в свою очередь, имеют инерционную скорость, из-за чего путешествует по опять-таки эллиптической орбите.
Наиболее простой пример, который может объяснить данное явление, это мячик на веревке. Если раскрутить его, то будет удерживать объект в той или иной плоскости, а если сбавить обороты, то ее будет недостаточно и мячик упадет. Такие же силы воздействуют и Земли увлекает ее за собой, не давая стоять на месте, а центробежная сила, развитая в результате вращения, удерживает, не давая приблизиться на критическое расстояние.
Если на вопрос о том, почему Луна не падает на Землю, привести еще более простое объяснение, то причина этому — равное взаимодействие сил. Наша планета притягивает спутник, заставляя вращаться, а центробежная сила как бы отталкивает.
Солнце
Подобные законы действуют не только на нашу планету и спутник, им подчиняются и все остальные Вообще, гравитация — очень интересная тема. Движение планет вокруг часто сравнивают с часовым механизмом, настолько оно точное и выверенное. И главное, нарушить его крайне сложно. Даже если убрать из нее несколько планет, то остальные с очень большой вероятностью, перестроятся на новые орбиты, и коллапса с падением на центральную звезду не произойдет.
Но если наше светило оказывает такое колоссальное гравитационное воздействие даже на самые удаленные объекты, то почему Луна не падает на Солнце?Конечно, звезда находится на гораздо более далеком расстоянии, чем Земля, но и масса его, а значит и гравитация, на порядок выше.
Все дело в том, что и его спутник двигаются также по орбите вокруг Солнца, и последнее воздействует не по отдельности на Луну и Землю, а на их общий центр масс. И на Луну оказывается двойное влияние гравитации, — звезды и планеты, а вслед за ним и центробежной силы, которая уравновешивает их. А иначе все спутники и прочие объекты давно бы сгорели в жарком светиле. Именно таков ответ на частый вопрос о том, почему Луна не падает.
Движение Солнца
Еще стоит упомянуть такой факт, что Солнце также движется! А вместе с ним, и вся наша система, хотя мы и привыкли считать, что космическое пространство стабильное и неизменное, за исключением орбит планет.
Если смотреть более глобально, в рамках систем и целых их скоплений, то можно увидеть, что они также перемещаются по своим траекториям. В данном случае Солнце со своими «спутниками» вращается вокруг центра галактики Если условно представить эту картину сверху, то выглядит она как спираль со множеством ответвлений, которые называются галактические рукава. В одном из таких рукавов вместе с миллионами других звезд, движется и наше Солнце.
Падение
Но все же, если задаться таким вопросом и пофантазировать? Какие нужны условия, при которых Луна врежется в Землю или отправится в путешествие к Солнцу?
Произойти это может, если спутник перестанет вращаться вокруг главного объекта и пропадает центробежная сила, также если его орбиту что-то сильно изменит и добавит скорости, к примеру, столкновение с метеоритом.
Ну а к звезде она отправится, если целенаправленно каким-то образом остановить ее движение вокруг Земли и придать начальное ускорение к светилу. Но вероятнее всего, Луна просто постепенно встанет на новую искривленную орбиту.
Подведем итоги: Луна не падает на Землю, потому что, помимо притяжения нашей планеты, на нее воздействует и центробежная сила, которая ее как бы отталкивает. В результате два этих явления уравновешивают друг друга, спутник не улетает и не врезается в планету.
Луна моментально упала бы на Землю, если бы была неподвижной. Но Луна не стоит на месте, она вращается вокруг Земли.
Вы можете убедиться в этом сами, проведя простой эксперимент. Привяжите к ластику нитку и начните ее раскручивать. Ластик на нитке будет прямо-таки вырываться из вашей руки, но нитка его не пустит. А теперь остановите вращение. Ластик тут же упадет.
Еще более наглядный пример-аналогия - чертово колесо. Люди не выпадают из этой карусели, когда находятся в высшей точке, даже несмотря на то, что находятся вниз головой, потому что центробежная сила, которая отбрасывает их наружу (притягивает к сиденью), больше, чем сила тяготения Земли. Скорость вращения чертова колеса специально рассчитывается, и если бы центробежная сила оказалась меньше, чем сила притяжения Земли, это закончилось бы катастрофой - люди выпадали бы из своих кабин.
Точно так же обстоит дело с Луной. Сила, которая не дает Луне "убежать" при вращении - это сила притяжения Земли . А сила, которая не дает Луне упасть на Землю - это центробежная сила, которая возникает при вращении Луны вокруг Земли. Обращаясь вокруг Земли, Луна движется по орбите со скоростью 1 км/сек, то есть достаточно медленно, чтобы не покинуть свою орбиту и "улететь" в космос, но и достаточно быстро, чтобы не упасть на Землю.
Между прочим...
Вы удивитесь, но на самом деле Луна... отдаляется от Земли со скоростью 3-4 см в год! Движение Луны вокруг Земли можно представить как медленно раскручивающуюся спираль. Причиной такой траектории Луны является Солнце, которое притягивает Луну в 2 раза сильнее, чем Земля.
Почему же тогда Луна не падает на Солнце? А потому что Луна вместе с Землей вращается, в свою очередь, вокруг Солнца, и притягательное действие Солнца без остатка тратится на то, чтобы постоянно переводить оба эти тела с прямого пути на искривленную орбиту.
