Совсем недавно в современной школе снова появился предмет «Астрономия», этим объясняется пристальное внимание методистов в настоящее время к особенностям изучения астрономических знаний в школьном образовании. В 2018 году в ЕГЭ по физике ввели 1 задание по астрономии. Астрономия — наука о Вселенной, которая изучает расположение, движение, структуру, происхождение и развитие небесных тел и систем.
В современной астрономии подразумевается несколько частей:
1) Теоретическая астрономия, которая предлагает методы для определения орбит небесных тел по их видимым положениям и методы вычисления эфемерид (видимых положений) небесных тел по известным элементам их орбит (обратная задача).
2) Звездная астрономия, одна из разделов астрономии, исследующая общие закономерности строения, состава, динамики и эволюции звёздных систем и изучающая реализацию этих закономерностей в нашей звёздной системе — Галактике
3) Астрометрия – наука об измерении времени и пространства, которая состоит из фундаментальной, сферической и практической астрономии.
4) Небесная механика, раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения и вычисления движения небесных тел, в первую очередь Солнечной системы (Луны, планет и их спутников, комет, малых тел, также определяет массу и форму небесных тел и устойчивость их систем.
5) Космология – раздел астрономии, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляют математика, физика и астрономия.
6) Космогония, рассматривающая вопросы эволюции и происхождения небесных тел, в том числе и нашей Земли.
7) Астрофизика – часть астрономии, изучающая физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве ведущий раздел современной астрономии, широко использующий физические законы, благодаря которым она и получила такое название.
Рассматривая все эти определения, мы можем прийти к выводу, что современная астрономия, достаточно сложная наука, и изучение ее основ дается довольно проблематично обучающимся в 11 классе средней школы.
Небесная механика составляет один из важных разделов астрономии, она основана на физической теории Всемирного тяготения. Почти все явления, которые рассматриваются в небесной механике, могут трактоваться по трем разделам механики: кинематики, динамики и статики. В небесной механике главной задачей является определение местоположения материальной точки при известных начальных координатах и скорости в любой последующий момент времени. Поскольку расстояния между космическими объектами во много раз превышает их размеров, то понятие “космическое тело” в небесной механике часто заменяется понятием “небесного тела” или «материальной точкой», как это принято в физике
Целью изучения небесной механики в курсе астрономии в общеобразовательных заведений – объяснение гравитационно-обусловленных космических явлений, которые связаны с движением космических тел, на основе законов физики (кинематики, динамики, статики), теории Всемирного тяготения с опорой на систему основных понятий небесной механики (законы Кеплера; орбита; небесное тело; возмущения).
Законы Кеплера – одна из ведущих основ небесной механики .После многолетних и очень трудоемких вычислений, отказавшись от общего заблуждения о кругообразности движений, Кеплер открыл три закона планетных движений, которые в настоящее время считаются великими законами, описывающими кинематику движения планет.
I закон Кеплера -все планеты обращаются вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (в современной трактовке).
Следствия из I закона Кеплера.
Так как форма орбиты планет – эллипс, а Солнце находится в одном из фокусов, то существуют:
Наиболее близкая точка орбиты планеты к Солнцу – р – перигелий («Гелиос» – бог Солнца);
Наиболее удаленная точка орбиты планеты к Солнцу – б – афелий
Значит, планета Земля находится ближе к Солнцу в перигелии (р). Это происходит 3-4 января, когда у нас в Северном полушарии зима. Поэтому наши зимы оказываются чуть теплее, чем в Южном полушарии. Морозы в Антарктиде сильнее, чем в Арктике.
Планета Земля бывает дальше от Солнца в афелии (б). Это происходит 5-6 июля, когда у нас в Северном полушарии лето. Лето в Южном полушарии в среднем оказывается чуть теплее, чем в Северном.
|
В перигелии планеты ближе всего к Солнцу, в афелии наиболее удалены.
|
II закон Кеплера (закон площадей)-Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади.
На рисунке :
- радиус –вектор планеты; если t1 = t2 = t3 = …, то S1 = S2 = S3 = …= А
Следствия из II закона Кеплера.
Так как радиус – вектор планеты за равные промежутки времени описывает одинаковые площади, то, как следствие из 2 закона Кеплера: планеты должны двигаться вокруг Солнца с разной скоростью.
Вблизи перигелия планеты движутся быстрее, чем в афелии, так как длина дуги в перигелии больше, чем в афелии.
Планеты движутся вокруг Солнца неравномерно,имея в перигелии бомльше линейную скорость, чем в афелии.
III закон Кеплера
Квадраты звездных (сидерических) периодов обращений планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей орбит планет.
Следствия из III закона Кеплера
Периоды обращения и большие полуоси орбит связаны соотношением, одинаковым для всех планет, уточненный третий закон Кеплера с учетом масс взаимодействующих тел:
Но законы Кеплера нуждались в теоретическом обосновании. Решающим шагом в этом направлении было открытие Исааком Ньютоном в 1682 году закона всемирного тяготения:
Ньютон первый высказал мысль о том, что гравитационные силы взаимодействуют между любыми телами Вселенной . С помощью закона всемирного тяготения можно вычислить массу планет и их спутников, объяснить такие явления, как отливы и приливы воды в океанах. Закон Ньютона применяется в расчетах движения искусственных спутников Земли и межпланетных автоматических аппаратов. Обучающимся необходимо понимать, что законы Кеплера и Ньютона используются не только для более глубокого познания природы, но и для решения практических задач, этот подход покажет школьникам неразрывную связь физического и астрономического знания. Эта статья интересна и содержательна, развивает познавательный интерес к физике и астрофизике, и творческую самостоятельность, открывает практическое применение в жизни
Библиографический список
- Словари и энциклопедии на Академике URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/88390/
- Научная сеть Astronet.ru URL: http://www.astronet.ru/db/msg/1191510/chapter4_0
- Подразделение астрономии URL: http://crydee.sai.msu.ru/ak4/Introd_2