Реферати українською » Геодезия » Форма, розміри і рух Землі та їх геофізичні слідства. Гравітаційне полі Землі


Реферат Форма, розміри і рух Землі та їх геофізичні слідства. Гравітаційне полі Землі

 

РОСІЙСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Тема: « Форма , розміри і рух Землі та їх геофізичні слідства. Гравітаційне полі Землі. До основних рис, зміни за широтою, глибину та висоті від поверхні Землі. Гравітаційні аномалії. »

Выполнил: студент заочного відділення 1 курсу        

 спеціальність метеорологія  Бондарчук А.В.

 

План


· Третя планета в галактиці.

· Орбитальные характеристики планет.

· Внутрішньо будова Землі.

· Земне кора і її будова.

· Газова оболонка Землі.

· Закон всесвітнього тяжіння.

· Форма Землі та гравітація.

· Аномалії сили тяжкості.

· Система Земля – Місяць.

· Фізичні основи гравітаційних аномалій.

· Перша у світі гравикарта.

· Список використаної літератури.

Третя планета в галактиці.

Сонячна система включає дев'ять великих планет, яких разом з 57 супутниками звертаються навколо масивною зірки з эллиптическим орбітам (рис. 1). За його розміром і масі планети можна розділити на дві групи – планети земної групи, розташовані ближчі один до Сонцю, – Меркурій, Венера, Земля і Марс і планети-гіганти – Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун, що перебувають у значно більше віддалених орбітах від центральної зірки. Остання з відомих планет Плутон своєї орбітою з радіусом близько 6 млрд. км окреслює кордону Сонячної системи. Плутон не належить до планетам-гигантам, його маса майже 10 разів менше маси Землі. Аномальные характеристики цієї крихітної планети дозволяють розглядати її як супутник Нептуна.

Крім великих планет між орбітами Марса і Юпітера обертається більш 2300 малих планет – астероїдів, безліч дрібніших тіл – метеоритів і метеорної пилу, також декілька десятків тисяч комет, двигающихся по сильно витягнутим орбітам, деякі з них далеко за кордону Сонячної системи.

Рис. 1. Сонячна система

Усі планети і астероїди звертаються навколо Сонця напрямі руху Землі – із Заходу Схід. Це правда званий прямий рух. Основні закономірності руху планет повністю визначаються законами Кеплера. Розглянемо цих законів і охарактеризуємо основні елементи еліптичних орбіт. Відповідно до першого закону, все планети звертаються навколо Сонця по эллиптическим орбітам, у одному з фокусів яких міститься Сонце. На рис. 2 показані елементи планетних орбіт з Сонцем (З) в фокусі. Лінія АП називається лінією апсид, крайні точки якої афелій (А) і перигелій (П) характеризують найбільше і найменше видалення від Солнца.Расстояние планет( Р ) на орбіті від поверхні Сонця (гелі оцентрическое відстань) визначається радиусом-вектором r = СВ. Ставлення полуфокального відстані (з) до великої полуоси (а) називається ексцентриситетом орбіти: .                   

Якщо позначити через q перигельное відстань, а ще через Q афелийное відстань, їх значення легко висунути зі висловів: ;         

                          .               

Тоді, визначивши велику полуось (а), знайдемо середнє річну відстань планети до Сонця:     

Рис.3.Площади, описувані радиус-вектором планети

.                 

Cреднее гелиоцентрическое відстань Землі від поверхні Сонця одно 149,6 млн. км. Ця величина називається астрономічної одиницею і законодавців береться за одиницю вимірів відстаней не більше Сонячної системи.

За другим закону Кеплера ра диус-вектор планети описує площі, прямо пропорційні проміжкам часу. Якщо позначити через P.S1 площа перигелийного сектора (рис. 3), а ще через P.S2 – площа афелийного сектора, їх ставлення буде пропорційно часів Dt1 і Dt2, які планета пройшла відповідні відтинки дуг орбіти: .                                           

Звідси випливає, що секториальная швидкість :                        

незмінною.

Час, протягом якого планета зробить повний оборот орбітою, називається зоряним, чи сидерическим періодом Т (рис. 3). За повний оборот радиус-вектор планети опише площа еліпса:

.                                 

Тому секториальная швидкість :                                   

виявляється найбільшої в перигелії, а найменшої – в афелії. Испо льзуя другий закон, можна визначити ексцентриситет земної орбіти по найбільшому і найменшій добовому зміщення Сонця по екліптиці, отражающему рух Землі . Земля в перигелії досі у початку січня (hmax = 61'), а афелії на початку (hmax = 57'). За другим закону Кеплера швидкість Землі в афелії і перигелії визначається з висловів: ; .

Отже, орбіта Землі лише не набагато відрізняється від окружності.

Знайдені з спостережної астрономії закони Кеплера показали, що Сонячна система є механічну систему з центром, які у сонячної масі.

Закони Кеплера послужили Ньютону підвалинами виведення свого славного закону всесвітнього тяжіння, що він сформулював так: кожні дві матеріальні частки взаємно притягуються з силою, пропорційної їх масам і навпаки пропорційної квадрату відстані з-поміж них.

Математична формулювання цього закону має вигляд: ,

де M і m – взаємодіючі маси, r – відстань з-поміж них;G – гравітаційна стала. У системі СІ G = 6,672·10-11 м3·кг-1·з-2. Фізичний сенс гравітаційної постійної ось у чому: вона характеризує силу тяжіння двох мас вагою 1 кг кожна за 1 м. Величина G уперше було визначена у 1798 р. англійським фізиком Кавендишем з допомогою крутильних терезів.

Закон Ньютона вирішив завдання про характер дії сили, керуючої рухом планет. Це сила тяжіння, створювана центральної масою Сонця. Саме ця сила це не дає планет розлетітися, а зберігає в зв'язковою системі послідовних орбіт, якими як у прив'язі сотні мільйонів років кружляють великі та малі планети.

Скористаємося законом тяжіння і визначимо масу Землі, вважаючи, що взаємодіють дві маси – Землі (М) і деякого тіла, лежачого їхньому поверхні. Сила тяжіння цього тіла визначається законом Ньютона: .                                   

Але водночас з другого закону механіки ця сама сила дорівнює твору маси в напрямі прискорення:

,                                            

де g – прискорення сили тяжкості; R – радіус Земли.Приравнивая праві частини висловів: ,

знайдемо вираз визначення маси Землі:                                    

Подставив відомі значення G = 6,672·10-11 м3·кг-1·з-2, g = 9,81 м/с2, R = 6,371·106 м, у результаті одержимо MЗ = 5,97·1024 кг, чи грамах: M3 = 5,97·1027 р. Така маса Землі.

Нині ще точного визначення є і постаті планет та його супутників використовуються параметри орбіти штучних супутників, що запускаються з Землі.

Орбитальные характеристики планет.

Фізичні умови лежить на поверхні кожної з країн планет повністю визначаються їх становищем на орбіті щодо Сонця. Найближчі до світила чотири планети – Меркурій, Венера, Земля і Марс – мають порівняно невеликі маси, помітне подібність у складі слагающего їх речовини й отримують дуже багато сонячного тепла, відчутно впливає на температуру поверхні планет. Дві їх – Венера і Земля – мають щільну атмосферу, Меркурій і Марс атмосфери мало мають.

Планеты-гиганты Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун значно віддалені від поверхні Сонця, мають гігантські є і щільну потужну атмосферу. Усі вони різняться високої осьової швидкістю обертання. Сонячне тепло майже сягає цих планет. На Юпітері вона становить 0,018·103 Вт/м2, на Нептуне – 0,008·103 Вт/м2.

Більшість маси речовини Сонячної системи зосереджена самому Сонце – більш 99%. Перед планет припадає менш як 1% загальної маси. Решта речовина розсіяно в астероїдах, кометах, метеоритах, метеорної і космічному пилу.

Усі планети мають порівняно невеликі розміри і порівняно з відстанями з-поміж них їх можна представляти як матеріальної точки. З курсу фізики відомо, що твір маси тіла з його швидкість називається імпульсом: ,                                         

а твір радиуса-вектора на імпульс – моментом імпульсу: .                          

З наведеного висловлювання видно, що швидкість V руху планети по еліптичної орбіті змінюється разом зі зміною радиуса-вектора r. У цьому виходячи з другого закону Кеплера має місце збереження моментів імпульсу: .                                 

Очевидно, що з збільшенні r1 швидкість V1 повинна зменшуватися, і навпаки (маса т планети незмінна). Якщо висловити лінійну швидкість V через кутову швидкість w :        ,                             

то вираз для моменту імпульсу планети набуде вигляду: .                                      

З Росії формули слід, що з стискуванні обертових систем, т. е. при зменшенні r і сталості т, кутова швидкість обертання w неминуче зростає.

У таблиці наведено орбітальні параметри планет. Добре видно, як у міру зростання радіуса орбіти (гелиоцентрического відстані) зменшується період обертання і, отже, швидкість руху планет.

Орбитальные параметри планет Сонячної системи.

Планета

Радіус

орбіти, 109м

Маса,

1027 р

Плот-ность,

г/см3

Экваториаль-

ный радіус, 106 м

Період

обертання, земні сут чи год

Наклон екватора до орбіті, градуси

Період

звернення земні сут

Меркурій 57,9 0,330 5,43 2,439 58,65 сут 2 ± 3 87,96935
Венера 108,2 4,870 5,25 6,051

243,022

(± 006) сут

177,3 224,7
Земля 149,6 5,976 5,52 6,378 23,9345 год 23,45 365,26
Марс 227,9 0,642 3,95 3,393 24,6299 год 23,98 686,98
Юпітер 778,3 1900 6,84 71.398 9,841 год 3,12 4333
Сатурн 1427,0 568,8 5,85 60,33 10,233 год 26,73 10759
Уран 2869,6 86,87 5,55 26,20 17,24 год 97,86 30685
Нептун 4496,6 102,0 5,60 25,23 (18,2 ± 0,4) год (29,56) 60189
Плутон 5900,1 (0,013) (0,9) (1,5) 6,387 сут (118,5) 90465

При русі планети навколо Сонця сила тяжіння останнього зрівнюється центростремительной силою, доданої до планеті: .                                  

Звідси легко знайти середню орбітальну швидкість руху планети, яка збігаються з кругової швидкістю: ,                                

де r = a – відстань від поверхні Сонця; Т – період обертання планети навколо світила.

Як приклад знайдемо середню орбітальну швидкість обертання Землі, взявши за формулу   Т = 365,2564·86400 з = 31,56·106 з, а = 149,6·106 км, одержимо V = 29,78 км/с.

Внутрішньо будова Землі.

Тривале існування води та життя лежить на поверхні Землі став можливим завдяки трьох основних характеристикам - її масі, гелиоцентрическому відстані й швидкого обертанню навколо своєї осі.

Саме це планетарні характеристики визначили єдиний можливий шлях еволюції живої і неживого речовини Землі за умов Сонячної системи, підсумки якого відбиті в неповторному образі планети. Ці три найважливіші характеристики в інших восьми планет Сонячної системи істотно відрізняються від земних, що було причиною можна побачити відмінностей у їх будову і можливі шляхи еволюції.

Маса сучасної Землі дорівнює 5,976·1027 р. У минулому внаслідок безупинно що відбуваються процесів диссипации летючих елементів і тепла вона, безсумнівно, було більше. Маса планети грає визначальну роль еволюції протовещества. Шарообразная форма Землі свідчить про переважання гравітаційної організації речовини у тілі планети.

Зі збільшенням глибини ростуть тиск і температура. Речовина перетворюється на розплавлене і навіть ионизованное стан, завдяки чому зростає його хімічний потенціал. Тим самим було створюються передумови для тривалої термічної і, отже, геологічної активності планети.

Середній радіус геліоцентричної орбіти Землі (відстань від поверхні Сонця) дорівнює 149,6 млн. км. Ця величина прийнято ролі астрономічної одиниці. Чому ми виділяємо цей параметр серед багатьох інших? Річ у тім, що у цьому відстані кількість сонячного тепла, що досягає Землі, таке, що выносимая у надрах вода має можливість тривалий час зберігатися в рідкої фазі, формуючи великі океанічні і морські басейни. Уже орбіті Венери, розташованої на 50 млн. км ближчі один до Сонцю, і орбіті Марса, розташованого на 70 млн. км далі від поверхні Сонця, ніж Земля, таких немає умов. На Венері через надлишку сонячного тепла вода випаровується і може існувати лише у атмосфері планети, на Марсі через брак тепла досі у змерзлому стані під грунтом планети (можливо, у вигляді мерзлоти). І, насамкінець, Земля обертається: повний оборот навколо своєї осі щодо Сонця планета робить за 24 години, чи 86400 з; щодо зірок - за 86164 з. Завдяки настільки швидкому обертанню виникли динамічні умови, необхідних освіти земного магнітного поля. Без магнітного екрана розвиток сучасних форм життя за інших сприятливі умови було практично неможливо. Потік сонячних частинок високих енергій безперешкодно сягав би земної поверхні, несучи загибель живому речовини. Життя цих умовах міг би зародитися і існувати лише під водою чи глибоко у грунті. Суша являла б собою мертві пустелі, позбавлені рослинності і якихось живих істот.

Доба Земля обертається забезпечує також попеременное нагрівання і охолодження його поверхні. Це розвитку водяної та повітряної циркуляції, прискоренню динаміки всіх процесів життєдіяльності біосфери, перетворенню речовини земної кори.

Наклон осі обертання до площині орбіти (23°27

Схожі реферати:

Навігація