а) Навчальна: вивчення руху небесних тіл
б) Виховна: позитивного ставлення до знань; вихованнядисциплінованості
в) Розвиваюча: розвиток мислення (класифікувати факти, робити узагальнюючі висновки і т. д.); розвиток пізнавальних умінь (формування умінь виділяти головне, конспект, спостерігати); розвиток вміння володіти собою
Вивчити видимий рух планет, систему світу Птолемея, Коперника, конфігурацію і умова видимості планет.
Хід уроку:
1. Організаційний момент - 1 хв
2. Перевірка домашнього завдання - 10 хв
3. Пояснення нового матеріалу - 32 хв
4. Домашнє завдання - 2 хв
Домашнє завдання: §6
Видимий рух планет
У давнину були відомі 5 по-хожіх на зірки, але більш яскравих світил, які хоча і беруть участь в добовому обертанні небосхилу, але роблять і самостійні видимі руху. Стародавні греки назвали такі світила планетами (по-грецьки «планета» означає «блукаюча»). Неозброєним оком можна побачити 5 блукаючих світил (планет) - Меркурій, Венеру, Марс, Юпітер і Сатурн.
Планети завжди розташовуються на небі недалеко від екліптики, але на відміну від Сонця і Місяця через певні часові інтервали змінюють напрямок свого руху. Вони переміщаються між зірками в основному із заходу на схід (як Сонце і Місяць) - прямий рух. Однак кожна планета в певний час уповільнює свій рух, зупиняється і починає рухатися з ше струму на захід - зворотній рух. Потім світило знову останав ється і відновлює прямий рух. Тому видимий шлях кожної планети на небосхилі - складна лінія з зигзагами і пет лями. Ця траєкторія до того ж змінюється від циклу до циклу, в тече ние якого планета повертається приблизно на один і той же місце серед зірок (рис. 6.1).
Петлеобразное рух планет тривалий час залишалося для астрономів незрозумілим, загадковим і знайшло своє правильне і просте пояснення в навчанні Коперніка.
Геоцентричні системи світу. Система світу Птолемея
Правильне розуміння спостерігається мих небесних явищ у людей складалося століттями. Перші мо поділи світобудови пропонувалися древніми греками (Фалес, Піфагор, Филолай, Евдокс). Початкові уявлення греків про кришталевих сферах були вельми спрощеним поясненням небесних явищ.
Близько 370 р. До н.е. е. Евдокс спробував придумати таку модель, яка описувала б дійсне рух планет. Він розглядав сфери (рис. 6.2) як геометричні конструкції, а не як реальні небесні тіла. Він вважав, що існує 27 концентричних сфер, плавно обертаються одна в іншій. Сонце, Місяць і планети мали по кілька сфер, що обертаються з постійною швидкістю навколо різних осей. Однак з плином часу Евдокс переконався в недосконалості своєї системи, що підтверджували більш точні спостереження планет. Очевидний вихід з положення - збільшення числа сфер - був використаний його послідовниками.
Мал. 6.2. сфери Евдокса
У II ст. н. е. Клавдії Птолемей розробив геоцентріческуюсістему світу, яка дозволяла обчислювати положення планет щодо правомірності тельно зірок на багато років вперед і передбачати настання сол кінцевих і місячних затемнень. Використовуючи спостереження своїх предше ственник, а також свої власні, Птолемей побудував теорію руху Сонця, Місяця, планет і припустив, що всі світила рухаються навколо Землі, яка є центром світобудови і име ет кулясту форму.
Для пояснення складного петлеподібного руху планет Птолемей ввів комбінацію двох рівномірних кругових рухів: рух самої планети по малій окружності (епіцикл) і обра щення центру цього кола навколо Землі (деферент). При комбінації двох кругових рухів виходила епіциклоїда, по ко торою рухалася планета (Р) (рис. 6.3).
У міру накопичення спостережень про рухах планет теорія Птолемея все більше ускладнювалася (вводилися додаткові кола з різними радіусами, нахилами, швидкостями і т. П.), Що незабаром зробило її надто громіздкою і неправдоподібною.
Мал. 6.3. Траєкторія планети відповідно до теорії Птолемея
Система світу Коперника
У XVI ст. польський вчений Микола Коперник, відкинувши догматичне уявлення про нерухомість Землі, поставив її в число рядових планет. Коперник вказав, що Земля, посідаючи третє місце від Сонця, так само, як і інші планети, рухається в просторі навколо Сонця і одночасно обертається навколо своєї осі. Геліоцентрична система Коперника дуже про сто пояснювала петлеобразное рух планет. На рис. 6.4 показано рух Марса на небесній сфері, що спостерігається з Землі. Одіна ковимі цифрами відзначені положення Марса, Землі і точок траек торії Марса на небосхилі в одні і ті ж моменти часу.
Мал. 6.4. Пояснення петлеподібного руху планет виходячи з вчення Коперника
Геоцентричні системи Евдокса і Птолемея не дозволяли виміряти відстань до планет. Геліоцентрична система Копер ника вперше дала можливість розрахувати пропорції Сонячної системи, користуючись радіусом земної орбіти як астрономічної одиницею довжини.
Великий італійський вчений Галілео Галілей підтвердив вчення Коперника своїми відкриттями, зробленими за допомогою телескопа. Він виявив, що на Місяці знахо дяться гори і кратери, Венера має фази, у Юпітера є чотири супутники і що Чумацький Шлях не просто сяйво на небі, а роз дається на окремі слабкі зірки, недоступні неозброєному оку.
Конфігурації і умови видимості планет
Під конфігураціями планет розуміють характерні взаємні розташування планет, Землі і Сонця. Конфігурації різні для нижніх планет (орбіти яких знаходяться ближче до Сонця, ніж орбіта Землі) і верхніх планет (орбіти яких розташовані за орбітою Землі).
Для нижніх планет виділяють сполуки і елонгації (рис. 6.5).
Мал. 6.5. Схема конфігурацій пла-ні: 1 - нижнє з'єднання; 2 - найбільша західна елонгація;
3 - верхнє з'єднання; 4 - найбільша східна елонгація
У нижньому сполученні планета найближче до Землі, а в верхньому з'єднанні - найдалі від неї. При Елонгація кут між напрямками з Землі на Сонце і па нижню планету, не перевищуючи якоїсь певної величини, залишається гострим. Через еліптичності планетних орбіт найбільші елонгації не мають постійного значення. У Венери вони укладені в межах від 45 до 48 °, а в Меркурія - від 18 до 28 °. Обидві планети не відходять далеко від Сонця і тому вночі не видно. Тривалість їх ранкової або вечірньої видимості не перевищує чотирьох годин для Венери і півтори години для Меркурія. Меркурій іноді зовсім не видно, так як сходить і заходить в світлий час доби. Для верхніх планет (рис. 6.6) характерні інші конфігурації.
Якщо Земля виявляється між ду планетою і Сонцем, то така конфігурація називається протистоянням. Ця конфігурація найбільш сприятлива для на дотриманні планети, так як в цей час планета знаходиться найближче до Землі, повернута до неї своєю освітленою півкулею і, перебуваючи на небі в протидії положную Сонця місці, буває у верхній кульмінації близько півночі.
Якщо кут між напрямками з Землі на верхню планету і на Сонце становить 90 °, то кажуть, що планета знаходиться в квадратурі. Розрізняють західну і восточнуюквадратури. В кін фігурації західній квадратури планета сходить близько опівночі, а в східній - заходить близько опівночі. Моменти конфігурацій планет і умови їх видимості щорічно публікуються в астроном мических довідниках і календарях.
Проміжок часу, протягом якого планета здійснює повний оборот навколо Сонця по орбіті відносно зірок, називається зоряним або сидерическим періодом обертання планет.
Однойменні конфігурації планет наступають в різних точках їх орбіт. Проміжок часу між двома послідовними однаковими конфігураціями планет називається синодичним періодом обертання планети. Він відрізняється від зоряного періоду.
Швидкість руху планет тим більше, ніж вони ближче до Сонця. Тому синодичний період верхньої планети це проміжок часу, після закінчення якого Земля обганяє планету на 360 ° при їх спільному русі навколо Сонця. Для нижніх планет, що обертаються швидше, Земля буде відставати на 360 °.
Теорія Коперника дозволяє встановити взаємозв'язок синодического і сидерического періодів обертання планет.
Нехай Т - сидеричний (зірок ний) період обертання планети, а T0 - сидеричний період пово- ия Землі (зоряний рік); S- сино дической період обертання планети. Середнє значення дуги, яку проходить планета за одну добу, називаючи ється середнім рухом (п) і дорівнюватиме п = 360 0 / T. а середній рух Землі - п0 = 360 0 / T0. У нижніх планет T
Однойменні з'єднання таких планет (наприклад, нижні з'єднання - рис. 6.7) наступають через синодичний період обертання 5, за який Земля проходить дугу
а планета, забігаючи вперед, робить один оборот навколо Сонця і наздоганяє Землю, проходячи кутовий шлях L = 360 ° + L0, рівний
Віднімаючи рівність (6.1) з (6.2), отримаємо рівняння сінодіче ського руху для нижніх планет:
Для верхніх планет рівняння синодичний руху набуде вигляду:
Рівняння (6.3) і (6.4) дають середні значення синодичних періодів обертання планет. За допомогою цих рівнянь по наблю даємо синодическому періоду обертання планети легко модемного им. сидерический період її обертання навколо Сонця.
1. Чим відрізняються пряме і зворотній руху планет?
2. Спостерігаючи ється у Місяця зворотній рух?
3. Чому системи світу древніх гре ків і Птолемея виявилися неспроможними, хоча частково і давали пояснення небесних явищ?
4. В чому полягає революційність наукових поглядів Коперника?
5. Як, виходячи з геліоцентричної сис теми світу, пояснюється петлеобразное рух планет?
6. Яким обра зом Галілей підтвердив вчення Коперника?
7. Що розуміють під конфі гураціямі планет. Які конфігурації розрізняють? Опишіть їх.
8. Дай ті визначення синодическому і сидеричному періодів обертання планети. У чому полягає їх відмінність?
9. Зоряний період обертання Юпітера дорівнює 12 рокам. Через який проміжок часу повторюються його протистояння?
10. Яка повинна бути тривалість зоряного і синодического періодів обертання планети в разі їх рівності?