Почему Луна не падает на Землю: пояснения
Опубликовано:
Почему Луна не падает на Землю? Наша планета обладает колоссальной силой притяжения, которую чувствует каждый человек. Неужели этой силы недостаточно, чтобы притянуть планету-спутник? Ученым удалось разгадать секреты Луны и дать ответ на этот вопрос.
Почему Луна не падает на Землю
Рассматривая на небосклоне спутник Земли, многие спрашивают себя, как происходит движение Луны по небу и почему она не падает на нашу планету?
Другие космические тела, а также космические аппараты часто падают. Какие же секреты есть у видимой нами планеты, вращается ли Луна и как ей удается удерживать свои позиции в космосе?
Земля и Луна связаны следующим образом:
- Луна находится под действием силы притяжения — гравитационного поля Земли. Это та же сила не позволяет людям взлетать без специального оборудования. Однако при этом гравитация не притягивает Луну к нашей планете.
- Дело в том, что спутник постоянно движется по собственной орбите вокруг Земли. Этот процесс сопряжен с возникновением другой силы — центробежной, отталкивающей светило от Земли.
Чтобы это понять, достаточно представить аттракцион из луна-парка, в котором лодочки-карусели двигаются по кругу. Можно ли переместиться в центр карусели во время вращения? Не выйдет: человек почувствует сильное отталкивание, как от давления в грудь или сильного ветра. Такой же эффект испытывает Луна во время движения вокруг Земли.
Или, например, что будет, если мячик толкать сразу в две разные стороны? Он не сдвинется с места. Вот так же и силы, притягивающие и отталкивающие Луну, находятся в равновесии и помогают ей в течение миллионов оставаться на своей «дорожке».
В то время как многие думают, что Луна приближается к Земле, на самом деле Луна отдаляется от Земли на 3–4 см каждый год. Траекторию движения нашего спутника описывают как спираль, которая медленно раскручивается.
Происходит это по нескольким причинам.
Во-первых, из-за воздействия главной звезды Солнечной системы (Солнца). Она действует на Луну как магнит, причем сила воздействия больше той, какую на свой спутник оказывает Земля. Рассмотрим этот процесс подробнее:
- Луна — спутник, самый близкий к Солнцу. Главная звезда нашей Галактики обладает мощной силой — магнитным полем. Оно в несколько раз превышает силу Земли и притягивает к себе Луну.
- Упасть на Солнце Луна не может. Ее вращение происходит и вокруг Земли, и вместе с планетой вокруг Солнца. При этом возникает все та же центробежная сила, которая направлена на отталкивание Луны и компенсацию притяжения Солнца.
Кроме того, удаление Луны — следствие так называемого приливного ускорения. Его смысл таков:
- Земля совершает поворот вокруг своей оси в течение суток, а Луне требуется на такое вращение 27,3 суток.
- Вслед за быстрее вращающейся Землей увлекается и медленно летящая Луна, то есть Земля передает спутнице часть собственной энергии движения.
- Эта энергия служит для Луны ускорителем, который поднимает ее орбиту.
Может ли однажды остаться Земля без Луны? Ученые на этот вопрос отвечают отрицательно, и вот почему:
- Забирая у Земли энергию вращения, Луна притормаживает планету.
- По этой причине вращение Земли вокруг своей оси несколько замедляется, и происходит подъем геостационарной орбиты (той орбиты, на которой Луна двигается со скоростью, равной скорости вращения Земли).
- Через много тысяч лет такой процесс приведет Луну на геостационарную орбиту и синхронизирует с нашей планетой, то есть планеты будут повернуты друг к другу лишь одной стороной.
- В этом устойчивом состоянии Земля с Луной пробудут миллиарды лет. Нарушить взаимное вращение сможет Солнце или другой объект. Тогда спутник упадет.
Действие физических сил (притяжения и отталкивания) — главная причина, почему планеты не падают. Только остановка движения космического объекта или механизма приводит к его падению.
Почему на Землю падают небесные тела
В космосе наряду с планетами и звездами есть различные объекты:
- Похожие на планеты, но гораздо более скромные по размерам тела, называют астероидами. Они двигаются вокруг Солнца по своим орбитам (траекториям), у некоторых бывают спутники.
- Космической пылью называют мельчайшие частички вещества, которые расположены в пространстве Вселенной.
- Объекты средних величин с размерами от 0,1 мм до 10–30 м называют метеороидами. Они рассредоточиваются в пространстве, двигаются по произвольным или относительно стабильным траекториям. Иногда образуют скопления — рои.
Когда такие метеороиды попадают в гравитационное поле Земли, то это меняет их траекторию движения — их притягивает к поверхности.
Отметим, что движение космических тел происходит на огромных скоростях. На входе в атмосферу цифры колеблются от 11 до 72 км/с. При трении о воздух они загораются и начинают светиться. Большинство метеороидов сгорает, не достигнув поверхности, крупные постепенно замедляются и остывают.
То, что с ними произойдет дальше, определяется массой, начальной скоростью, углом входа в атмосферу:
- Если космическое тело красочно сгорит в атмосфере, то его назовут метеор (или болид).
- При неоднородной, неустойчивой внутренней структуре оно может взорваться в воздухе, а на Землю попадут лишь обломки. Это так называемый метеоритный дождь.
- Если космическое тело успеет затормозить, то его траектория изменится, оно упадет на поверхность планеты. Это будет метеорит.
- Крупные космические тела на больших скоростях (2–4 км/с) при столкновении с поверхностью Земли производят мощные взрывы с образованием метеоритных кратеров (астроблем). В процессе выветривания они постепенно разрушаются.
В среднем в течение суток на Землю попадает примерно 5–6 тонн метеоритного вещества, о есть за год около 2000 тонн. Но большая часть сгорает в атмосфере, не достигнув поверхности нашей планеты. Многие падают в океаны или приземляются в малонаселенных областях.
Очень редко метеорит падает в населенной местности, и у этого события оказывается много свидетелей.
Что происходит с космическими объектами, которые в космос запускают люди? Эти искусственные спутники должны вращаться вокруг планеты на четко заданной скорости и расстоянии, чтобы удерживаться на собственной орбите. На больших скоростях они будут вырываться из гравитационного поля и улетать во Вселенную, а на меньших — сойдут с орбиты и упадут вниз.
Для последнего варианта развития событий есть множество причин. Скорость передвижения спутников замедляют:
- вещества, которые проникают на большие высоты из атмосферы Земли;
- солнечный ветер, то есть частички, которые попадают в космос с Солнца;
- гравитационная сила Земли и прочих небесных тел.
К падению таких аппаратов приводят просчеты ученых, которые их проектируют.
Но что бы ни происходило с рукотворными объектами, в Луне можно не сомневаться: она на Землю точно не упадет. Зная о том, почему Луна не падает на Землю, остается только восхититься тем, как точно и умело создано все в природе.
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1907969-pochemu-luna-ne-padaet-na-zemlyu-poyasneniya/
Forskning (Норвегия): почему Луна не падает на Землю?
Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
https://inosmi.ru/20210307/249255955.html
Forskning: на самом деле Луна падает на Землю
Forskning: на самом деле Луна падает на Землю
Forskning: на самом деле Луна падает на Землю
Земля очень велика, и гравитация у нее огромная. Земля притягивает к себе все вокруг. Почему же тогда Луна, которая меньше Земли, не падает, а продолжает… | 07.03.2021, ИноСМИ
2021-03-07T08:35
2021-03-07T08:35
2022-10-07T15:38
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn1.
inosmi.ru/images/sharing/article/249255955.jpg?2492559011665146319
луна
земля
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
2021
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
Новости
ru-RU
https://inosmi.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
наука, луна, земля
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Читать inosmi.ru вЗемля очень велика, и гравитация у нее огромная. Земля притягивает к себе все вокруг. Почему же тогда Луна, которая меньше Земли, не падает, а продолжает вращаться вокруг земного шара по орбите? В некотором смысле она падает — просто «промахивается», объясняют ученые изданию Forskning.
Элисе Хьёрстад (Elise Kjørstad)
Благодаря гравитации мы крепко стоим ногами на земле.
Эта немного загадочная сила придает вещам вес. Вот почему мяч падает обратно, как бы высоко вы его ни подбросили.
У больших объектов гравитация больше, чем у маленьких. Но, например, гравитация планеты по мере удаления от нее все больше ослабевает.
Земля очень велика, и гравитация у нее огромная. Именно благодаря этому вокруг нее и держатся газы нашей атмосферы, и нам есть чем дышать. Благодаря силе притяжения Земли вы можете подпрыгнуть и не улететь при этом невесть куда. В большинстве случаев вы просто снова приземляетесь на ноги.
Земля притягивает к себе все вокруг.
Почему же тогда Луна, которая меньше Земли, продолжает вращаться вокруг земного шара по маршруту, который мы называем орбитой? Разве она не должна была упасть на Землю так же, как мы после прыжка?
Луна падает на Землю, просто промахивается
На самом-то деле Луна и правда все время свободно падает на Землю.
Просто она постоянно промахивается.
Ученый Исаак Ньютон первым сообразил, что одна и та же сила заставляет и яблоки падать на землю, и луны с планетами вращаться по орбитам.
Он провел мысленный эксперимент.
Если вы возьмете камень и отпустите его, он упадет прямо вниз. Если вы бросите камень перед собой, из-за силы тяжести он все равно упадет на землю. Но в этом случае он будет лететь не только вниз, но и вперед. Он будет падать по дуге.
Представьте себе очень высокую гору. Вы стреляете с нее из пушки, ядро летит далеко вперед и в конце концов падает на землю.
А еще можно представить себе фантастическую пушку, которая стреляет с просто ужасающей силой. Ядро улетает очень далеко вперед по очень слабой дуге. Да и Земля под ней изгибается, ведь она круглая.
Если пушечное ядро будет лететь с достаточно большой скоростью, оно никогда не упадет на поверхность из-за изгиба Земли.
Таким образом пушечное ядро окажется на орбите вокруг Земли.
Не падает, потому что мы идем на хорошей скорости
А что произойдет, если выстрелить пушечным ядром с еще большей силой и разогнать его до еще большей скорости?
Оно вырвется из зоны действия гравитации Земли и продолжит свой путь в космос.
Луну на ее орбите удерживает сочетание расстояния от Земли и ее скорости, пишет Европейское космическое агентство.
Точно так же и Земля вращается вокруг Солнца. Ее скорость составляет 108 тысяч километров в час. Это очень много. Благодаря скорости Земли мы и движемся по стабильной орбите.
«Если бы Земля внезапно остановилась, она бы упала прямо на Солнце», — рассказывал профессор Кафедры теоретической астрофизики в Университете Осло Вигго Ханстеен (Viggo Hansteen) ранее в Forskning.
Спутники вокруг земли
Знания об орбитах и гравитации очень важны для отправки в космос искусственных спутников. Спутники — это космические аппараты, которые вращаются вокруг Земли. Благодаря им мы можем фотографировать Землю, пользоваться мобильными телефонами и много чего еще.
Спутники должны вращаться вокруг Земли, а не уходить в открытый космос или падать обратно на поверхность нашей планеты.
Те, кто запускает спутники в космос, должны проделать много расчетов, чтобы космический аппарат набрал на высоте правильную скорость.
По данным британского Института физики (IOP), только так они могут оказаться на орбите.
Международная космическая станция также вращается вокруг Земли. Там живут астронавты. Хотя они находятся достаточно близко от Земли, чтобы подвергаться сильному воздействию ее гравитации, они испытывают невесомость. Все потому, что они вместе с космической станцией фактически оказались в ловушке свободного падения вокруг Земли, как и Луна.
Другой взгляд на гравитацию
Но что же такое гравитация на самом деле?
Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что гравитация вовсе не притягивает предметы друг к другу.
На самом деле тяжелые объекты искривляют пространство вокруг себя. Если упростить, можно представить себе, как тяжелый большой шар прогибает под собой ткань батута. Запустите рядом маленький шарик, и он начнет кататься вокруг большого как планета вокруг звезды.
Маленький шарик замедляется из-за трения о воздух и ткань, и потому в конце концов скатывается к центру.
Но в космосе такого не произойдет.
Можно сказать, что планеты на самом деле движутся прямо — а вот пространство искривлено.
Почему Луна не падает на Землю?
Наша Солнечная система — настоящее чудо, состоящее из Солнца и нескольких других небесных тел. Самыми большими из этих небесных тел являются 8 планет, вращающихся вокруг Солнца за счет гравитационной силы Солнца и собственного вращения вокруг своих осей. Есть еще одно важное для нас небесное тело — Луна. Луна, вращающаяся вокруг Земли, считается одной из причин, по которой Земля является жизнеспособной платформой для поддержания жизни. Это все благодаря вмешательству гравитации.
Точно так же, как Земля оказывает притяжение на Луну, Луна оказывает притяжение на нашу планету. Несмотря на то, что гравитационное притяжение Луны слишком слабое по сравнению с земным, оно все же оказывает определенное влияние на нашу планету.
Приливы и отливы в море и даже в озерах (до некоторой степени) являются предсказуемым эффектом гравитационного притяжения Луны.
Прилив — это место, где притяжение Луны является самым сильным, поскольку эта часть земли находится ближе всего к Луне, а прилив также наблюдается на самом удаленном от Луны конце из-за эффекта инерции. Промежуточный этап между двумя точками приводит к отливу.
Гравитационное притяжение Луны также замедляет вращение Земли. Этот эффект известен как приливное торможение. Приливное торможение увеличивает время суток на 2,3 миллисекунды каждое столетие. Поскольку у каждого действия есть противодействие, эффект приливного торможения передает энергию Луне, тем самым отталкивая Луну дальше от Земли. Таким образом, Луна удаляется от Земли со скоростью 1,5 дюйма каждый год.
Воздействие Луны на ось вращения планеты, возможно, было ключевым фактором для поддержания климата и процветания жизни на нашей планете в течение миллиардов лет. Притяжение между Землей и Луной зависит в основном от двух факторов: массы небесных тел и расстояния между ними. Чем тяжелее связка, тем сильнее притягивает Луну Земля.
Но почему Луна не падает на Землю?
Это в основном прикладной случай движения снаряда. Когда тело брошено, сила прикладывается по касательной к кривой земли, но движение объекта имеет параболическую форму из-за действия силы тяжести. Луна вращается вокруг Земли аналогичным образом, но из-за скорости, с которой Луна зацепилась за земную гравитацию, она не может упасть на Землю. Это удерживает Луну на претенциозной орбите вокруг Земли, даже несмотря на то, что она удаляется от нашей планеты с очень небольшим отрывом.
Если ваше любопытство берет верх над вами, посмотрите это видео, в котором объясняется, почему Луна не падает на Землю.
Q1
Почему Луна не падает на Землю?
В основном это прикладной случай движения снаряда. Когда тело брошено, сила прикладывается по касательной к кривой земли, но движение объекта имеет параболическую форму из-за действия силы тяжести. Луна вращается вокруг Земли аналогичным образом, но из-за скорости, с которой Луна зацепилась за земную гравитацию, она не может упасть на Землю.
Q2
Назовите закон всемирного тяготения Ньютона.
Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что каждая частица притягивает любую другую частицу во Вселенной с силой, прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Q3
Что такое спутники
Спутники — это объекты, которые вращаются вокруг планет и также являются частью Солнечной системы. Спутник Земли – Луна.
Q4
Что такое карликовые планеты?
Карликовые планеты — это объекты меньше планет и больше астероидов, вращающиеся вокруг Солнца в разных местах. Ближайшая к нам карликовая планета — Церера, расположенная в поясе астероидов. Самый известный из них — Плутон, который находится за Нептуном на внутреннем краю пояса Койпера.
Q5
Влияет ли масса на ускорение свободного падения?
Ускорение свободного падения не зависит от массы тела.
ньютоновская механика — Почему Луна не падает на Землю?
Луна не падает на Землю, потому что находится на орбите.
Одной из самых сложных вещей в физике является понятие силы. То, что на что-то действует сила, не означает, что оно будет двигаться в направлении силы. Вместо этого сила влияет на движение, чтобы оно было немного больше в направлении силы, чем это было раньше.
Например, если вы катите шар для боулинга прямо по дорожке, затем подбегаете к нему и пинаете его в желоб, вы прикладываете силу к желобу, но мяч не попадает прямо в желоб. Вместо этого он продолжает двигаться по дорожке, но также улавливает небольшое диагональное движение.
Представьте, что вы стоите на краю стометровой скалы. Если вы уроните камень, он упадет прямо вниз, потому что у него изначально не было скорости, поэтому единственная скорость, которую он набирает, — это направленная вниз сила.
Если вы бросите камень горизонтально, он все равно упадет, но при этом будет продолжать двигаться горизонтально и падать под углом.
(Угол непостоянен — форма представляет собой кривую, называемую параболой, но здесь это относительно неважно.) Сила направлена прямо вниз, но эта сила не мешает камню двигаться горизонтально.
Если бросить камень сильнее, он полетит дальше и упадет под меньшим углом. Сила тяжести на нем такая же, но первоначальная скорость была намного больше и поэтому отклонение меньше.
Теперь представьте, что вы бросаете камень с такой силой, что он пролетает один километр по горизонтали, прежде чем упадет на землю. Если вы сделаете это, произойдет что-то немного новое. Камень все еще падает, но он должен упасть более чем на 100 м, прежде чем упадет на землю. Причина в том, что Земля искривлена, и когда камень прошел этот километр, Земля фактически изгибалась под ним. В одном километре Земля изгибается примерно на 10 сантиметров — разница небольшая, но реальная.
Когда вы бросаете камень еще сильнее, изгиб земли под ним становится более значительным. Если бы вы могли бросить камень на 10 километров, Земля теперь искривилась бы на 10 метров, а при броске на 100 километров Земля изогнулась бы на целый километр.
Теперь камень должен упасть очень далеко вниз по сравнению со 100-метровой скалой, с которой он упал.
Посмотрите на следующий рисунок. Он был сделан Исааком Ньютоном, первым человеком, который понял орбиты. ИМХО, это одна из лучших диаграмм, когда-либо сделанных.
Это показывает, что если бы вы могли бросить камень достаточно сильно, Земля выгнулась бы из-под камня так сильно, что камень на самом деле никогда не приблизится к земле. Он движется по кругу и может ударить вас по затылку!
Это орбита. Это то, что делают спутники и луна. На самом деле мы не можем сделать это здесь близко к поверхности Земли из-за сопротивления ветра, но на поверхности Луны, где нет атмосферы, у вас действительно может быть очень низкая орбита.
Это механизм, благодаря которому вещи остаются в космосе.
Гравитация становится слабее по мере вашего продвижения. Земное притяжение на Луне гораздо слабее, чем на низкоорбитальном спутнике. Поскольку гравитация на Луне намного слабее, Луна вращается намного медленнее, чем, например, Международная космическая станция.
Луне требуется один месяц, чтобы совершить полный оборот. МКС занимает несколько часов. Интересным последствием является то, что если вы выйдете на нужное расстояние между ними, примерно на шесть земных радиусов, вы достигнете точки, в которой гравитация настолько ослаблена, что оборот вокруг Земли занимает 24 часа. Там у вас может быть «геосинхронная орбита», спутник, который вращается так, что он остается над той же точкой на экваторе Земли, когда Земля вращается.
Несмотря на то, что гравитация ослабевает по мере вашего продвижения, предельного расстояния не существует. Теоретически гравитация действует вечно. Однако, если бы вы направились к солнцу, в конце концов гравитация солнца стала бы сильнее, чем земная, и тогда вы больше не упали бы на Землю, даже не имея скорости выхода на орбиту. Это произошло бы, если бы вы прошли около 0,1% расстояния до Солнца, или около 250 000 км, или 40 земных радиусов. (На самом деле это расстояние меньше, чем расстояние до Луны, но Луна не падает на Солнце, потому что вращается вокруг Солнца, как и сама Земля.