gravitační pole země
Post on 25-Feb-2016
77 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Gravitační pole Země
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava VíchováObchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Vzdělávací materiál byl vytvořen v rámci OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
21. září 2012 VY_32_INOVACE_170110_Gravitacni_pole_Zeme_DUM
1. Newtonův gravitační zákon
2. Pohyby těles v blízkosti povrchu
Země
3. Pohyby těles ve větších
vzdálenostech od Země
4. Pohyby těles v tíhové poli Slunce
odpověďPředměty padají dolů k zemi, neboť na ně působí gravitační síla Země.
Newtonův gravitační zákon
dále
Proč se na obrázku pohybují všechna tělesa k zemi?
Obr.1
Gravitační síla:
• působí na tělesa na povrchu Země• působí také na tělesa, která se Země nedotýkají• přitahuje předměty do středu Země• je projevem gravitačního pole Země
Newtonův gravitační zákon
dále
Newtonův gravitační zákon
dáleObr.2
gravitační pole: je prostor v okolí tělesa, ve kterém se projevuje působení gravitační síly na hmotná tělesa
• svá gravitační pole má Měsíc, Slunce a každé jiné těleso ve vesmíru, ale např. i člověk
• slovo gravitace prochází z řečtiny (znamená těžký).
• gravitační působení mezi tělesy je vzájemné• gravitačními silami na sebe působí Země a
Měsíc, Země a Slunce nebo další hmotné objekty
Newtonův gravitační zákon
dále
Vzájemné gravitační síly studoval v 17. století Isaac Newton a na základě pozorování dospěl k formulaci gravitačního zákona.
Dvě tělesa se vzájemně přitahují stejně velkou silou Fg, jejíž velikost je přímo úměrná součinu hmotností těles a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdáleností.
m1, m2 - hmotnost tělesr - vzdálenost středu tělesκ - (kappa) – gravitační konstanta = 6,67 . 10-11 N . m2 . kg-2 (univerzální, platí v celém vesmíru),
Newtonův gravitační zákon
dále
221
g rmmF
Pokud máme tělesa o hmotnosti 1kg ve vzdálenosti 1m, pak Fg = 6,67 . 10-11 N. Tato síla je velmi malá a těžko ji lze zachytit přístroji. Gravitační síly se projevují více u těles s velkými hmotnosti.Vzájemné gravitační působení mezi tělesy vždy nepozorujeme. Země přitahuje kámen a kámen přitahuje Zemi. Podle 2. pohybového zákona (F = m . a) budou mít kvůli rozdílným hmotnostem i rozdílné zrychlení. Země má obrovskou hmotnost a bude se pohybovat s velice malým zrychlením. Mnohem méně hmotný kámen se bude naopak pohybovat velice rychle.
Newtonův gravitační zákon
dále
Následkem gravitačního působení Měsíce na Zemi jsou slapové síly. Důsledky slapových sil lze pozorovat:• zvedá se a klesá zemská kůra, což vede k přílivu a
odlivu moří. • Měsíc se vzdaluje od Země rychlostí 3cm za rok• zpomaluje se rotace Země tak, že se prodlužuje den o 1,5 ms za jedno století• slapové síly jsou největší, když je měsíc v úplňku nebo v novu
Newtonovy gravitační zákony
dálezpět na obsah
Obr.3
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
Volný pádVrh
vodorovný
Vrh šikmý Vrh svislý
Volný pád:• popsal ho už Galileo Galilei• ve vakuu padají všechna tělesa stejně rychle
(s stejným zrychlením)• lze ho dokázat tzv. Newtonovou trubicí (trubice,
z níž je vyčerpán vzduch)• pokus opakovali také astronauté na Měsíci
• volný pád je pohyb s tíhovým zrychlením g a směřuje svisle dolů
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
http://www.youtube.com/watch?v=GdHlWp9k_sY
• těleso je spuštěno z výšky h s nulovou rychlostí• z kinematiky známe vztahy pro rychlost a dráhu
zrychleného pohybu v = g . t s = ½ g . t2
• lze z nich odvodit vztah pro dobu dopadu
kde h je výška
Při skoku parašutisty z letadla se vyrovná tíhová síla s odporem vzduchu a ten se dále pohybuje rovnoměrně.Podobně lze popsat pohyb kapek deště.
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
gh2td
Beztížný stav:• stav tělesa, kdy těleso nepůsobí na ostatní tělesa tíhou
(tíhovou silou)• může nastat i v silném gravitačním polinapř.:
• při skocích na trampolíně, kromě doby odrazu a dopadu• v letadle při turbulencích, kdy se letadlo propadá až o
desítky metrů• při skoku parašutisty v první fázi letu• v kabině utrženého výtahu• v letadle při parabolickém letu• kosmonauti v kosmické lodi jsou ve stavu beztíže a
pohybují se s lodí
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
Obr.4 Obr.5
zpět
Vrh vodorovný:
• skládá se ze dvou pohybů, volného pádu a pohybu rovnoměrného přímočarého
• těleso je vrženo vodorovně s počáteční rychlostí vo
• výsledná trajektorie je část paraboly s vrcholem v místě vrhu
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
Obr.6
• polohu bodu P lze určit podle souřadnic
• délka vrhu závisí na počáteční rychlosti v0 a na výšce h, ze které je těleso vrženo
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
tvx 0 2tg21hy
zpět
Vrh šikmý:• skládá se ze dvou pohybů, volného pádu a
pohybu rovnoměrného přímočarého• těleso je vrženo směrem
šikmo vzhůru• záleží na úhlu, pod kterým
je těleso vrženo (α = elevační úhel)
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
• polohu bodu B lze určit podle souřadnic
• délka vrhu závisí na elevačním úhlu, nejdelší vrh je při elevačním úhlu 45°
• při menším nebo větším úhlu je délka vrhu menší
• u reálného vrhu není traje-ktorií parabola, ale tzv. bali-stická křivka
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
costvx 0 20 tg
21sintvy
Obr.7
zpět
Vrh svislý vzhůru:
• skládá se ze dvou pohybů, volného pádu a pohybu rovnoměrného přímočarého
• těleso je vrženo směrem vzhůru s počáteční rychlostí v0
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
okamžitá rychlost -
okamžitá výška -
doba výstupu -
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
20 tg
21tvh
tgvv 0
gvt 0
v
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dále
Obr.8
Vrh svislý dolů• těleso je vrženo z výšky svisle dolů
Pohyby těles v blízkosti povrchu Země
dálezpět
Homogenní (stejnorodé) gravitační pole• při pohybech těles nízko nad zemí můžeme zanedbat
zakřivení Země a předpokládáme, že gravitační síla má stejnou velikost a směr
Centrální gravitační pole• při pohybu těles, které jsou ve velké vzdálenosti od
Země už nemůžeme zanedbat změny gravitační síly• gravitační síla se bude zmenšovat s druhou mocninou
vzdálenosti od Země.• trajektorie pohybu těles bude záviset na počáteční
rychlosti; pokud bude rychlost poměrně malá, těleso se bude pohybovat po oblouku elipsy a dopadne na zem
Pohyby těles ve větších vzdálenostech od Země
dále
Pohyby těles ve větších vzdálenostech od Země
dále
1. kosmická rychlost
Obr.9
2. kosmická rychlost
Obr.10
další kosmické rychlosti
Obr.11
1. Kosmická rychlost• při rychlosti vk (kruhová) se těleso pohybuje po
kružnici se středem ve středu Země• Na těleso působí Fg a Fo (odstředivá síla)• Tyto síly jsou v rovnováze
• Při povrchu Země je vk = 7,9 km/s
Pohyby těles ve větších vzdálenostech od Země
dále
hRvm
hRMm
z
2k
2z
z
hR
Mvz
zk
2. Kosmická rychlost
• při rychlosti tělesa větší než vk je trajektorie pohybu elipsa
• při dosažení tzv. parabolické rychlosti bude mít trajektorie tvar paraboly
• těleso opustí oblast zemské přitažlivosti
vp = 11,2 km/s
Pohyby těles ve větších vzdálenostech od Země
dále
kp v2v
Další kosmické rychlosti
• než těleso dosáhne 3. kosmické rychlosti (hyperbolické) stále se pohybuje v gravitačním poli Slunce.
• vh = 16,7 km/s• při této rychlosti by těleso opustilo gravitační
pole Slunce• při dosažení 4. kosmické rychlostí by těleso
opustilo naši galaxii• v = 31,8 km/s
Pohyby těles ve větších vzdálenostech od Země
dálezpět na obsah
V 17. století formuloval Johannes Kepler tři zákony, které popisují pohyb planet a umělých družic obíhajících kolem Země.
Pohyby těles v tíhovém poli Slunce
http://cs.wikipedia.org/wiki/Johannes_Kepler
1. Keplerův zákon
2. Keplerův zákon
3. Keplerův zákon
1. Keplerův zákon
Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách málo odlišných od kružnice a v jejich společném ohnisku je Slunce.
Odlišnost trajektorie planety od kružnice vyjadřuje výstřednost.
• výstřednost Země e = 0,0167• výstřednost jupitera e = 0,0483
Pohyby těles v tíhovém poli Slunce
dálezpět
2. Keplerův zákon
Obsahy ploch opsaných průvodičem planety za stejnou dobu jsou stejné.
Průvodič planety je úsečka spojující střed Slunce s planetou. Pohyb planet není rovnoměrný. V periheliu (v přísluní) se pohybují rychleji a v afeliu (odsluní) pomaleji.
Pohyby těles v tíhovém poli Slunce
dále
Pohyby těles v tíhovém poli Slunce
dálezpět
Obr.12
3. Keplerův zákon
Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin délek hlavních poloos jejich trajektorie.
a1, a2 – délky hlavních poloos, lze dosazovat střední vzdálenosti planet od Slunce
Pohyby těles v tíhovém poli Slunce
dálezpět
32
31
22
2
aa
TT1
CITACE ZDROJŮ
dále
Obr.1 ZANE80. File:Falling white rice on a plate.jpg: Wikimedia Commons [online]. 4 September 2011 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e1/Falling_white_rice_on_a_plate.jpg
Obr.2 NASA. File:The Earth seen from Apollo 17.jpg: Wikimedia Commons [online]. 7 December 1972 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg
Obr.3 NASA. File:Full moon partially obscured by atmosphere.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21 December 1999 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/df/Full_moon_partially_obscured_by_atmosphere.jpg
Obr.4 NASA. File:Astronauts in weightlessness.jpg: Wikimedia Commons [online]. 18 January 2006 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Astronauts_in_weightlessness.jpg
CITACE ZDROJŮ
dále
Obr.5 NASA. File:Astronaut-EVA.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 February 1984 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/Astronaut-EVA.jpg
Obr.6 QURREN. File:Kurobe Dam survey.jpg: Wikimedia Commons [online]. 28 June 2007 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Kurobe_Dam_survey.jpg
Obr.7 VAN LEEUWEN, Erik. File:Vítězslav Veselý 2010 Arena Games.jpg: Wikimedia Commons [online]. 12 September 2010 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/V%C3%ADt%C4%9Bzslav_Vesel%C3%BD_2010_Arena_Games.jpg
Obr.8 NATUREHEAD. File:World Cup Fountain.jpg: Wikimedia Commons [online]. 19 May 2012 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/World_Cup_Fountain.jpg
Obr.9 NASA. File:Sputnik asm.jpg: Wikimedia Commons [online]. 2 September 2006 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Sputnik_asm.jpg
CITACE ZDROJŮ
dále
Obr.10 NASA. File:Apollo CSM lunar orbit.jpg: Wikimedia Commons [online]. 2 August 1971 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Apollo_CSM_lunar_orbit.jpg
Obr.11 NASA. Soubor:Pioneer10-11.jpg: Wikimedia Commons [online]. 8 October 2007 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/Pioneer10-11.jpg
Obr.12 GONFER. File:Kepler-second-law.gif: Wikimedia Commons [online]. 10 October 2010 [cit. 2012-09-21]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/6/69/Kepler-second-law.gif
Neoznačené obrázky, pochází z vlastního archivu.
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová
top related