Контрольная работа по "Концепция современного естествознания"

1.4.Дайте общую  характеристику кометам. Назовите  наиболее известные из них.  Период обращения Сатурна вокруг  Солнца равен 29,46 земного года, а Марса – 1,88 земного года. На каком расстоянии от Солнца  находится Сатурн, если Марс удален  в среднем на 228 млн км?

Ответ:

Кометы – небольшие небесные тела, движущиеся в меж планетном пространстве и обильно выделяющие газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы – это остатки формирования Солнечной системы, переходная ступень к межзвездному веществу. Наблюдение комет и даже их открытие нередко осуществляются любителями астрономии. Иногда кометы бывают столь яркими, что привлекают всеобщее внимание. В прошлом появление ярких комет вызывало у людей страх и служило источником вдохновения для художников и карикатуристов.

1. Строение комет.

Комета состоит  из:

• Ядра и окружающей его «комы».

Ядро представляет собой твердое тело или  конгломерат  тел диаметром в несколько километров. Оно состоит из комков гидратов льда различного состава (воды, аммиака, метана и углекислого газа), смерзшегося с пылью и отдельными фрагментами горных пород.

При приближении  кометы к солнцу льды, составляющие ядро кометы нагреваются и сублимируются, то есть испаряются без плавления. Образовавшийся газ разлетается вокруг ядра, захватывая       с собой частички пыли и образует «кому». Под действием солнечного света молекулы воды разрушаются, и вокруг ядра кометы образуется так называемая водородная корона.

• Хвост кометы состоит из молекулярной плазмы или пыли, чаще кометы имеют оба типа хвостов.

Пылевой хвост образуется из пылинок отброшенных  давлением солнечного света в антисолнечном направлении.

Плазменный  хвост – видимое проявление сложного взаимодействия между кометой и солнечным ветром. Покинувшие ядро кометы молекулы, взаимодействуя с солнечным излучением, образуют молекулярные ионы и электроны. Эта плазма препятствует движению солнечного ветра, пронизанного магнитным полем, при столкновении с кометой силовые линии оборачиваются вокруг неё и образуют две области противоположной полярности. В центральной, наиболее плотной части этого поля образуется видимый плазменный хвост, голубоватого цвета.

Классификация комет.

Выделяют два  основных класса комет, в зависимости от периода их обращения вокруг солнца и орбиты.

 Орбиты комет:

• Параболические
• Гиперболические
• Эллиптические, которые имеют два основных типа обращения вокруг солнца:
• Короткопериодические – с периодами обращения менее 200 лет
• Долгопериодические с периодами обращения более 200 лет.

Наиболее известными являются:

• Комета Галлея
• Комета Энке
• Комета Жкобини – Циннера.

 

 

Период обращения  Сатурна вокруг Солнца равен 29,46 земного  года, а Марса – 1,88 земного года. На каком расстоянии от Солнца находится Сатурн, если Марс удален в среднем на 228 млн км?

Решение:

Данная задача решается согласно третьему закону Кеплера, который гласит: квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит. Формула этого закона выглядит следующим образом: 

 

2.4. Какова причина существования лунных фаз и затмений? Расстояния до Луны меняется из-за отличия ее орбиты от окружности  в значительных пределах: в апогее – 405 тыс. км, а в перигее – 363 тыс. км. Какова большая полуось лунной орбиты? Почему нам видна лишь одна сторона Луны? Была ли составлена карта обоих полушарий Луны, кто и как это смог сделать?

Ответ:

Фазы Луны.  
 
Не будучи самосветящейся, Луна видна только в той части, куда падают солнечные лучи, либо лучи, отраженные Землей. Этим объясняются фазы Луны. Каждый месяц Луна, двигаясь по орбите, проходит между Землей и Солнцем и обращена к нам темной стороной, в это время происходит новолуние. Через 1 - 2 дня после этого на западной части неба появляется узкий яркий серп молодой Луны. Остальная часть лунного диска бывает в это время слабо освещена Землей, повернутой к Луне своим дневным полушарием. Через 7 суток Луна отходит от Солнца на 900, наступает первая четверть, когда освещена ровно половина диска Луны и терминатор, то есть линия раздела светлой и темной стороны, становится прямой - диаметром лунного диска. В последующие дни терминатор становится выпуклым, вид Луны приближается к светлому кругу и через 14 - 15 суток наступает полнолуние. На 22-е сутки наблюдается последняя четверть. Угловое расстояние Луны от солнца уменьшается, она опять становится серпом и через 29.5 суток вновь наступает новолуние. Промежуток между двумя последовательными новолуниями называется синодическим месяцем, имеющем среднюю продолжительность 29.5 суток. Синодический месяц больше сидерического, так как Земля за это время проходит примерно 113 своей орбиты и Луна, чтобы вновь пройти между Землей и Солнцем, должна пройти дополнительно еще 113 часть своей орбиты, на что тратится немногим более 2 суток. Если новолуние происходит вблизи одного из узлов лунной орбиты, происходит солнечное затмение, а полнолуние близ узла сопровождается лунным затмением. Легко наблюдаемая система фаз Луны послужила основой для ряда календарных систем. 
 

Лунные затмения.  
 
Когда при движении вокруг Земли Луна попадает в конус земной тени, которую отбрасывает освещаемый Солнцем земной шар, происходит полное лунное затмение. Если же в тень Земли погружается лишь часть Луны, то происходит частичное затмение. Полное лунное затмение может длиться примерно 1,5 2 часа (столько времени, сколько требуется Луне, чтобы пересечь конус земной тени). Его можно наблюдать со всего ночного полушария Земли, где Луна в Момент затмения находится над горизонтом. Поэтому в данной местности полные лунные затмения удается наблюдать значительно чаще солнечных. Во время полного лунного затмения Луны лунный диск остается видимым, но он приобретает обычно темно-красный оттенок. Это явление объясняется преломлением солнечных лучей в земной атмосфере. Проходя через земную атмосферу, солнечные лучи рассеиваются и преломляются, причем рассеивается в основном коротковолновое излучение (соответствующее синему и голубому участкам спектра, чем и обусловлен голубой цвет нашего дневного неба), а преломляется длинноволновое (соответствующее красному участку спектра). Преломляясь в земной атмосфере, длинноволновое солнечное излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну. Легко сообразить, что лунное затмение происходит, когда Луна бывает в полнолунии. Однако далеко не каждое полнолуние происходят лунные затмения. Дело в том, что плоскость, в которой Луна движется вокруг Земли, наклонена к плоскости эклиптики под углом примерно 5 градусов. Чаще всего в году бывает два лунных затмения. В 1982 году было три полных лунных (это максимально возможное число затмений в год). Еще древние астрономы заметили, что через определенный промежуток времени лунные и солнечные затмения повторяются в определенном порядке, этот промежуток времени называется саросом. Существование сароса объясняется закономерностями, наблюдаемыми в движении Луны. Сарос составляет 6585,35 суток (18 лет 11дней). В течение каждого месяца происходит 28 лунных затмений. Однако в данном месте земли лунные затмения наблюдаются чаще, чем солнечные, так как лунные видны со всего ночного полушария Земли. Зная продолжительность сароса, можно приближенно предсказывать время наступления затмений. В настоящее время разработаны очень точные методы предсказания затмений. Астрономы неоднократно помогали историкам уточнять даты исторических событий. В прошлом необычный вид Луны и Солнца во время затмений приводили в ужас. Жрецы, зная о повторяемости этих явлений, использовали их для подчинения и устрашения людей, приписывая затмения сверхъестественным силам. Давно перестала быть тайной причина затмений. Наблюдения затмений позволяют ученым получать важные сведения об атмосферах Земли и Солнца, а также движении Луны.

Почему нам  видна лишь одна сторона Луны?

Ответ:

Мы видим только одну сторону Луны, так как период её обращения вокруг Земли равен периоду вращения вокруг своей оси.

Была ли составлена карта обоих полушарий Луны, кто  и как это смог сделать?

Ответ:

Карта обеих  полушарий была составлена в 1967 году в СССР, в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга под руководством Ю.Н. Липского благодаря снимкам, сделанным в 1959 году космическим зондом «Луна3».  

Расстояния до Луны меняется из-за отличия ее орбиты от окружности  в значительных пределах: в апогее – 405 тыс. км, а в перигее – 363 тыс. км. Какова большая полуось лунной орбиты?

Ответ:

Согласно первому  закону Кеплера полусумма перигелийного и афелийного расстояний выражает среднее расстояние планеты от Солнца и равно большой полуоси её орбиты. Так как все ученые, начиная с Ньютона, рассматривают движение Луны относительно Земли тогда:

 

       3.4.Дайте  представление об описании колебаний,  модели гармонического осциллятора и использовании этой модели. Что такое «когерентность», «резонанс», «поляризация»?

Ответ:

Колебания – повторяющийся процесс изменения с течением времени значения физической величины около ее среднего значения. Колебания характеризуются амплитудой, периодом, частотой и фазой.

Различают непериодические, периодические и  гармонические колебания.

В зависимости  от физической природы различают механические, электромагнитные и другие колебания.

За  период колебания выполняется закон  сохранения и превращения энергии.

 Физическая  система, в которой  возникают  колебания, называется осциллятором.

Гармонический осциллятор – это система, которая при смещении из полжения равновесия испытывает действие вращающей силы F, пропорциональной смещению Х (согласно закону Гука).

То есть:

F= -kx, где k – положительная константа, описывающая жесткость системы. Причем F единственная сила действующая на систему. Свободные колебания такой системы представляют собой периодическое движение около положения равновесия. Частота и амплитуда при этом постоянны, причем частота не зависит от амплитуды.

Простейшей  моделью  гармонического осциллятора  является груз, подвешенный на пружине.

Когерентность – согласованность нескольких колебательных  или волновых процессов во времени, появляющиеся при их сложении. Колебания  когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Резонанс  – это резкое возрастание амплитуды  вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям, определяемым свойствам системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы.

 Поляризация волн — явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как возмущения в этом типе волн всегда совпадают с направлением распространения.[1]

Поперечная  волна характеризуется двумя  направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора.

Причиной  возникновения поляризации волн может быть:

• несимметричная генерация волн в источнике возмущения;
• анизотропность среды распространения волн;
• преломление и отражение на границе двух сред.

Основными являются два вида поляризации:

• линейная — колебания возмущения происходит в какой-то одной плоскости. В таком случае говорят о «плоско-поляризованной волне»;
• круговая — конец вектора амплитуды описывает окружность в плоскости колебаний. В зависимости от направления вращения вектора может быть правой или левой.