А всё-таки она вертится

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фестиваль исследовательских и творческих работ учащихся «Портфолио»

Номинация: астрономия, физика

Тема

«А всё-таки она вертится»

Автор работы

ученик 4 «А»класса МОУ

«Гимназия №1»

города Саратова Беликеев

Кирилл

Научный руководитель

учитель начальных классов

Ершова Анна Жаковна

Саратов 2008/2009.

«Все люди от природы стремятся к знанию»

Аристотель

Введение

Именно в детстве мы задаём себе и взрослым многочисленные вопросы-«почему»: почему звенит струна? Почему скользят коньки? и др. Всегда трудно сказать какой вопрос и ответ самый важный, - при расшифровке загадок Природы все вопросы главные. Помните, как в стихотворении Р. Киплинга, прекрасно переведенном С. Маршаком:

Есть у меня шестерка слуг,

Проворных, удалых

И всё, что вижу я вокруг,-

Всё знаю я от них.

Они по знаку моему

Являются в нужде.

Зовут их: Как и Почему,

Кто, Что, Когда и Где.

Да, всё-таки на «как и почему» ответить труднее, даже если известно «когда и где»... Мир, в котором мы живем, огромен и необозрим. Настоящее время - это тонкая грань между прошлым и будущим. Сколько ещё нераскрытого, непонятного, непознанного. Познание - это постоянный путь, восходя по которому выше и выше, с каждым шагом видишь больше и дальше.

И я, как истинный «почемучка», задавал вопросы - почему происходит смена дня и ночи? Смена времен года? И вдруг однажды услышал непонятные для себя выражения: «На Земле смена дня и ночи объясняется вращением Земли вокруг своей оси. И это явление самым ярким образом подтверждается с помощью маятника Фуко». Меня это очень заинтересовало. Но искать объяснение всем этим умным словам пришлось с нуля.

Мы сейчас живем в такое время, когда издаются в большом количестве «умные» книги: энциклопедии (детские и взрослые), а также книги по интересующим тебя вопросам. Признаюсь, что понять и разобраться было не так легко. Но было интересно!

1. Обоснование темы, цель работы, задачи

Удивительные открытия и успехи науки в различных областях привлекают всеобщее внимание и вызывают интерес не только у учёных, но и у нас, ещё неискушенных в науке, школьников.

Поэтому цель моей работы - изучить одну из тайн в развитии явлений во Вселенной: почему происходит смена дня и ночи, а это объясняется вращением Земли вокруг своей оси.

Задачи работы - проанализировать накопленные астрономические знания изучить знаменитый опыт Фуко, экспериментально доказывающий суточное вращение Земли.

2. Система мира по Аристотелю и Птолемею

Астрономия изучает жизнь небесных тел и является древнейшей из всех наук. В те далекие времена человек, поднимая глаза к небу, пытался объяснить себе устройство мира и свое место в нем.

Одним из первых выдающихся представителей этой науки был Аристотель (384-322 гг. до н.э.). Он придумал систему мира, т.е. описал как устроена Вселенная. В центре Вселенной он поместил неподвижную Землю в форме шара. Эта система мира по Аристотелю называлась геоцентрической (по-гречески «геос» - Земля). Аристотель вокруг Земли расположил вращающиеся твёрдые прозрачные сферы, к которым прикреплялись Луна, Меркурий, Солнце, Венера и др. Планеты (их было 7). На восьмой сфере располагались все звёзды, а на девятой был небесный мотор, который вращал все сферы. Но так как система мироздания Аристотеля не оставила места богам, это вызвало гнев жрецов и его на старости лет изгнали из родного города.

Учение Аристотеля для Средних веков оказалось очень полезным, но в то же время его ошибочные выводы тормозили дальнейшее развитие науки.

Следующим исследователем в этой области изучения Вселенной был греческий учёный Клавдий Птолемей (90-160) . У него Солнце и планеты вращались вокруг Земли в пустом небесном пространстве (т.е. он не признавал никаких хрустальных сфер). Ценность его теории состояла в том, что она давала возможность предсказывать солнечные и лунные затмения и ряд других явлений. И главное для Птолемея, что его поддержала церковь, считая Землю центром мироздания.

3. Открытие Николая Коперника

Многие поколения астрономов поправляли систему Птолемея, но она не становилась более стройной и простой. Это стало предметом раздумий Николая Коперника (1473 - 1543гг.), жизнь которого была связана с небольшой областью на севере Польши. Окончив Краковский университет, он увлекся астрономией и создал собственноручно ряд приборов для астрономических наблюдений. В результате двадцати лет упорного труда было опубликовано шесть книг под названием «О вращениях небесных сфер». В этих книгах были даны описания астрономических приборов, а также новый, более точный, чем у Птолемея, каталог неподвижных звёзд. Коперник изучил видимое движение солнца, луны и планет. На пьедестале памятника Копернику в Варшаве высечены слова: «Остановивший Солнце, сдвинувший Землю». В них вся суть открытий Коперника. Ему удалось убедить людей в том, что они живут на одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Нужно было обладать великой свободой мысли, чтобы сделать этот шаг - упразднить различие между земным и небесным. Кроме того, интересно отметить, что Коперник для календарной реформы 1582 г. уточнил длину года, которая составила по наблюдениям Коперника 365 суток, 5 часов, 49 минут, 16 секунд.

Однако гелиоцентрическая система Коперника подверглась в дальнейшем уточнениям со стороны таких ученых, как Кеплер и Ньютон.

Несколько слов о немецком учёном Кеплере. Кеплер верил, что Бог призвал его на свет для того, чтобы открыть людям тайны Вселенной, и он неотступно шёл через тернии к звёздам. Он дал людям законы движения планет, объяснил происхождение приливов и отливов, изложил научные основы теории света. Кеплер первым объяснил, как работает человеческий глаз, объяснил форму снежинок и др. Гармония мира - это и был смысл жизни Иогана Кеплера.

4. Разгадка тайн Вселенной Галилеем

Но в этой последовательности славных имён учёных, изучающих тайны Вселенной и Земли, как ее части, нельзя не упомянуть имя Галилео Галилея (1562-1642гг). Он достиг поразительных успехов в изучении небесных тел. В 1609 г. учёному удалось изготовить телескоп, который давал увеличение в 33 раза. Изобретение телескопа дало возможность Галилео сделать великие открытия. Прежде всего он преступил к наблюдениям Луны и увидел лунный пейзаж - кратеры, горные цепи, вершины, а также несколько больших тёмных пятен, которые назвал морями. Поверхность Луны оказалось схожей с земной.

Наблюдая Солнце, ученый обнаружил пятна, которые перемещались, что и подтверждало догадку, что солнце вращается вокруг своей оси, как и Земля.

Галилей обнаружил, что Млечный Путь - не что иное, как огромное скопление звёзд. Звёзды потеряли свои кажущиеся размеры, и стало понятно, что они действительно очень далеки от Земли, как и предполагал Коперник.

С помощью телескопа Галилей наблюдал 4 спутника Юпитера, которые меняли свое положение относительно него, оставаясь возле Юпитера.

Но это только часть его научных исследований. Он к тому же прекрасно знал математику, философию. Он получил кафедру математики в одном из старейших университетов Европы - Падуанском. Именно в Падуе он встретился с Шекспиром, где он ставил «Отелло» (Шекспир и Галилей - одногодки). Но это всё отступление от темы, просто эти факты показались мне интересными.

Никогда ещё научные открытия не производили столь ошеломляющего впечатления на культурный мир. Галилей стал знаменит. Новые открытия подтверждали систему мира Коперника. Галилей изложил свои научные знания в книге «Диалог о двух главнейших системах мира - Птолемеевой и Коперниковой» (в 1629 г). Однако небывалый успех книги привёл в крайнее раздражение врагов Галилея. Галилея стала преследовать инквизиция, его признали виновным в нарушении церковных запретов и приговорили к пожизненному тюремному заключению. После объявления приговора он, стоя на коленях, произнёс отречение от своих «заблуждений». Папа заменил пожизненное заключение ссылкой во Флоренцию на его собственную виллу без права выезда под строгим надзором инквизиции. Галилей стал болеть и постепенно терял зрение. В январе 1642 года он умер на руках сына, совершенно слепым. Его похоронили в монашеском приделе собора без почестей и надгробия. Но спустя 85 лет перенесли прах Галилея в усыпальницу собора Санта Кроче рядом с Микеланджело Буонаротти. Легенда об этом великом учёном гласит, что последними его словами были: «А всё-таки она вертится!».

5. Закон Всемирного тяготения Ньютона

Эстафету разума было уже не остановить - в год смерти Галилео миру явился Ньютон. Эпитафия на надгробии Ньютона гласит: «Да возрадуются смертные, что среди них жило такое украшение рода человеческого» (лучше трудно сказать о роли Ньютона в истории науки).

Ответы на вопросы: Почему Земля не падает на Солнце? Почему Земля около себя удерживает Луну? дал Ньютон, сформулировав закон всемирного тяготения. Этот закон удерживает в равновесии Вселенную и определяет движение всех небесных тел в Солнечной системе, включая искусственные спутники, орбитальные станции, межпланетные космические корабли.

Коснёмся понимания этого закона упрощённо на примере вращения Луны вокруг Земли. Луна, вследствие притяжения Земли, отклоняется от прямолинейного пути, всё время как бы «падая» на Землю. Движение Луны происходит по некоторой дуге (криволинейное движение) и пока действует гравитация, Луна на Землю не упадёт. Таким образом складывается два вида движения - одно под действием силы тяготения, другое по инерции.

Описать вклад всех учёных в данной работе невозможно. Понять природу наблюдаемых тел и явлений во Вселенной люди хотели всегда. Они строили картину мира в соответствии с теми данными, которыми располагали. С течением времени картина мира менялась, потому что появлялись новые факты и новые мысли о сущности наблюдаемых явлений. И главное - появлялась возможность проверить правильность различных идей через наблюдения и измерения.

6. Опыт Фуко по экспериментальному доказательству суточного вращения Земли

Опыт французского физика Жана Фуко по экспериментальному доказательству движения Земли вокруг своей оси имел большое историческое значение.

Впервые публичная демонстрация была осуществлена Фуко в 1851 г. в Парижском Пантеоне. Под куполом Пантеона он подвесил металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях. Под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 метров, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли.

Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло ~3 мм, за час плоскость колебаний маятника повернулась более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.

С помощью математических расчётов установлено, что период обращения меняется в зависимости от географической широты пункта земной поверхности, в котором находится маятник. На Северном полюсе, географическая широта которого равна 90 градусам, где маятник будет находиться непосредственно под земной осью, период полного поворота составит 24 часа. На экваторе, широта которого составляет 0?, плоскость качаний маятника не будет вращаться вообще. Таким образом, на других широтах эффект Фуко проявляется по-разному. В опыте Фуко в течение времени колебаний маятника Земля поворачивается под ним. Наблюдатель, находясь на поверхности Земли, её вращения не замечает, поэтому ему кажется, что поворачивается плоскость колебаний маятника.

В Саратовском университете тоже показывается опыт с маятником Фуко.

Он проводится в Большой физической аудитории, где читают лекции студентам физикам. Поскольку высота аудитории небольшая - всего 7 метров, то опыт как в больших, высоких соборах показать не удаётся. Для этих целей используется оптическая система, которая позволяет на белом экране в аудитории следить за тенью подвеса, на котором укреплён маятник. По смещению этой тени и можно сделать вывод о вращении Земли. Эффект вращения можно наблюдать уже через 5 минут после начала опыта. Опыт проводится в затемнённой аудитории, чтобы было видно изображении нити подвеса на экране. Кстати, масса маятника 28кг, такая же, как и у Фуко.

Мне посчастливилось наблюдать опыт Фуко, проводимый моим дедушкой- профессором физики в университете. А всё-таки она вертится.

тяготение ньютон вращение вселенная

Заключение

Опыт Фуко имел громадный успех. За ним последовало большое число работ математического характера, разъясняющих все детали опыта. Фуко, как блестящий экспериментатор, доказал наглядно вращение Земли вокруг своей оси, а мне дал понять - почему на Земле происходит смена дня и ночи.

Список литературы

1. Энциклопедия для детей. Москва. Издательство Аванта. 2004. Том 8. Астрономия.

2.Энциклопедия для детей. Москва. Издательство Аванта. 2003. Том 16 Часть 1. Физика.

3. Детская энциклопедия. Я познаю мир. Москва. Издательство Транзиткнига. 2006. Космос.

4. Марк Колтун. Мир физики. Детская литература. 1984. Глава 2. стр. 44-54.

Размещено на Allbest.ur