Солнце притягивает землю. Почему Земля не падает? Центробежная сила вращения Земли

Первым шагом в изучении свойств тяготения можно считать открытие Иоганном Кеплером законов движе­ния планет вокруг Солнца.

Кеплер был первым человеком, которому удалось об­наружить, что движение планет вокруг Солнца проис­ходит по эллипсам, т. с. вытянутым окружностям. Он выяснил также закон изменения скорости движения пла­неты в зависимости от ее положения па орбите и открыл зависимость, связывающую периоды обращения планет с их расстояниями от Солнца.

Однако законы Кеплера, позволяя рассчитывать бу­дущие и прошлые положения планет, еще ничего не говорили о природе тех сил, которые связывают планеты и Солнце в стройную систему и не дают им рассеяться в пространстве. Таким образом, законы Кеплера давали, если можно так выразиться, лишь кинематографическую картину солнечной системы.

Однако вопрос о том, почему планеты движутся, и какая сила управляет этим движением, возник уже то­гда. Но получить ответ на него удалось далеко не сразу. В те времена ученые ошибочно полагали, что всякое движение, даже равномерное и прямолинейное, может происходить только под действием силы. Поэтому Кеп­лер искал в солнечной системе силу, «подталкивающую» планеты и не дающую им остановиться. Решение при­шло несколько позже, когда Галилео Галилей открыл закон инерции, согласно которому скорость тела, на ко­торое не действуют никакие силы, остается неизменной или, выражаясь более точным языком: в тех случаях, когда действующие на тело силы равны нулю, ускоре­нно этого тела также равно нулю. С открытием закона инерции стало очевидно, что в солнечной системе надо искать не силу, «подталкивающую» планеты, а силу, пре­вращающую их прямолинейное движение «по инерции» в криволинейное.

Закон действия этой силы, силы тяготения, был от­крыт великим английским физиком Исааком Ньютоном в результате изучения движения Луны вокруг Земли. Ньютону удалось установить, что все тела притягивают друг друга с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Этот закон оказался поистине универсальным законом природы, действующим как в условиях Земли и нашей солнечной системы, так и в мировом простран­стве среди космических тел и их систем.

С проявлениями тяготения, гравитации, мы встре­чаемся буквально на каждом шагу. Падение тел па зем­лю, лунные и солнечные приливы, обращение планет вокруг Солнца, взаимодействие звезд в звездных скоп­лениях, - все это непосредственно связано с действием сил тяготения. В связи с этим закон тяготения получил наименование «всемирного». Его открытие помогло разо­браться в целом ряде явлений, причины которых до это­го оставались неизвестными.

Количественная сторона закона тяготения получила многочисленные подтверждения в точных математиче­ских расчетах и астрономических наблюдениях. Доста­точно вспомнить хотя бы о «теоретическом открытии» Нептуна, восьмой планеты солнечной системы. Эта но­вая планета была открыта французским математиком Леверье путем математического анализа движения седь­мой планеты Урана, испы­тывавшего «возмущения» со стороны неизвестного тогда небесного тела.

История этого замеча­тельного открытия весьма поучительна. По мере увели­чения точности астрономи­ческих наблюдений было за­мечено, что планеты в своем движении вокруг Солнца заметно отклоняются от кеплеровских орбит. На пер­вый взгляд это, казалось, противоречило закону тяго­тения, свидетельствуя о сто неточности или даже неправильности. Однако далеко не всякое противоречие опровергает теорию.

Бывают такие «исключения», которые в действитель­ности сами являются прямым следствием закона. Они представляют собой одно из его проявлений, до поры до времени ускользающее от нашего внимания и только лишний раз свидетельствующее о его справедливости. На этот счет существует даже крылатое выражение: «Исключение подтверждает правило». Исследование по­добных «исключений» продвигает вперед научные зна­ния, позволяет глубже изучить то или иное явление природы.

Именно так произошло и с движением планет. Изу­чение непонятных отклонений планетных путей от кеплеровских орбит в конце концов, привело к созданию современной «небесной механики» - науки, способной предвычислять движения небесных тел.

Если бы вокруг Солнца двигалась одна единствеииая планета, ее путь в точности совпадал бы с орбитой, вы­численной на основе закона тяготения. Однако в дейст­вительности вокруг нашего дневного светила обращают­ся девять больших планет, взаимодействующих не только с Солнцем, но и друг с другом. Это взаимное притяже­ние планет и приводит к тем самым отклонениям, о ко­торых говорилось выше. Астрономы называют их «воз­мущениями».

В начале XIX в. астрономам было известно лишь семь планет, обращающихся вокруг Солнца. Но вот в движении седьмой планеты Урана были обнаружены страшные «возмущения», которые нельзя было, объ­яснила, притяжением со стороны известных шести планет. Оставалось предположить, что на Уран действует неиз­вестная «заурановая» планета. Но где она расположена? В какой точке неба ее искать? Ответить на эти вопросы, и взялся французский математик Леверье.

Новую планету, восьмую по счету от Солнца, еще никогда не наблюдал ни один человек. Но, несмотря на это, Леверье не сомневался в том, что она существует. Много долгих дней и ночей провел ученый над своими расчетами. Если раньше астрономические открытия со­вершались только в обсерваториях, в результате наблю­дений звездного неба, то Леверье искал свою планету, не выходя из кабинета. Он ясно видел се за стройными рядами математических формул, и когда по его указа­ниям Галле действительно обнаружил восьмую планету, названную Нептуном, Леверье, говорят, даже не захо­тел взглянуть на нее в телескоп.

Родившись, небесная механика быстро завоевала по­четное место в космических исследованиях. Она являет­ся сегодня одним из самых точных разделов астрономи­ческой пауки.

Достаточно упомянуть хотя бы о предвычислении мо­ментов солнечных и лунных затмений. Известно ли вам, например, когда в Москве произойдет ближайшее пол­ное затмение Солнца? Астрономы могут дать совершен­но точный ответ. Это затмение начнется около 11 часов 16 октября 2126 г. Небесная механика помогла ученым заглянуть па 167 лет в будущее и точно определить мо­мент, когда Земля, Луна и Солнце займут такое поло­жение друг относительно друга, при котором лунная тень упадет на территорию Москвы. А расчеты движения космических ракет, искусственных небесных тел, создан­ных руками человека? В их основе опять-таки лежит закон тяготения.

Перемещение любого небесного тела, в конечном счете, полностью определяется действующей на него силой тяготения и той скоростью, которой оно обладает. Мож­но сказать, что в современном состоянии системы не­бесных тел однозначно заключено ее будущее. Поэтому основная задача небесной механики и состоит в том, чтобы, зная взаимное расположение и скорости каких-либо небесных тел, рассчитать их будущие перемещения в пространстве. В математическом отношении задача эта весьма сложна. Дело в том, что в любой системе движущихся космических тел происходит постоянное перераспределение масс, а благодаря этому изменяет­ся величина и направление сил, действующих на каждое тело. Поэтому даже для простейшего случая движения трех взаимодействующих тел до сих пор не существуем полного математического решения. Точное решение этой проблемы, известной в «небесной механике» под назва­нием «задачи трех тел», удается получить лишь в опре­деленных случаях, когда имеется возможность ввести из­вестное упрощение. Подобный случай имеет место, в частности, тогда, когда масса одного из трех тел ни­чтожна по сравнению с массами других.

Но именно так обстоит дело при расчете ракетных орбит, например, в случае полета к Луне. Масса косми­ческого корабля настолько мала в сравнении с массами Земли и Лупы, что ее можно не принимать во внимание. Это обстоятельство делает возможным точные расчеты ракетных орбит.

Итак, закон действия сил тяготения нам хорошо из­вестен, и мы с успехом пользуемся им для решения це­лого ряда практических задач. Но какими природными процессами обусловливается притяжение тел друг к другу?

Почему система Земля-Луна не падает на Солнце?

Притяжение Солнцем системы Земля-Луна очень велико.
Почему же эта система не падает на Солнце?

Ведь масса Солнца в 329000 раз больше суммарной массы Земли и Луны.

Приливы , вызываемые взаимным притяжением Земли и Луны, сильнее солнечных. Солнце вызывает и сравнительно слабые приливы и отливы в системе Земля-Луна, вытягивая орбиту Луны вокруг Земли и сжимая ее с боков.

Приливные действия со стороны Солнца слабы, потому, что зависят от РАЗНОСТИ сил, действующих на ближнюю и дальную стороны притягивающихся объектов, а размеры этих объектов малы по сравнению с расстоянием до Солнца.

В то же время притяжение Солнцем ВСЕЙ СИСТЕМЫ Земля-Луна ЦЕЛИКОМ очень велико.

Почему же она не падает на Солнце? Ведь масса Солнца в 329000 раз больше суммарной массы Земли и Луны. Конечно, упала бы прямо на Солнце, если бы Земля остановилась на орбите, а не двигалась бы, как сейчас, вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. (С такой скоростью можно на машине доехать до Самары за 7 секунд!). А если бы не притяжение Солнца, Земля улетела бы по касательной к своей орбите. Солнце препятствует этому и заставляет все тела Солнечной системы вращаться вокруг него.

Почему же тела Солнечной системы вращаются по орбитам с такими большими скоростями?

Потому, что Солнечная система образовалась из быстро вращавшегося облака. Увеличение его угловой скорости явилось следствием гравитационного сжатия облака к своему центру масс, в котором впоследствии образовалось Солнце. Еще до сжатия облако уже имело угловую и поступательную скорости. Поэтому Солнечная система не только вращается, но и движется в направлении созвездия Геркулеса со скоростью 20 километров в секунду. И Земля с Луной также участвуют в этом движении.

В чем причина поступательного и вращательного движений облака до начала его гравитационного сжатия? «Наше» облако - небольшая часть одного из огромных газопылевых комплексов, заполняющих нашу Галактику. Из многочисленных причин, вызывающих сложное движение этих комплексов, назовем несколько основных.

Нетвердотельное вращение Галактики. Галактика - не твердое тело. Скорость вращения той части комплекса, которая ближе к центру Галактики, больше той, которая дальше, возникает пара сил, поворачивающая газовопылевой комплекс.

Магнитные поля Галактики. Газовая составляющая содержит ионы, а пылевая - железо и другие металлы. Взаимодействуя со сложными галактичскими полями, комплексы движутся вдоль магнитных силовых линий.

Взрывы сверхновых звед. Сбрасываемое во время взрыва вещество сверхновой разгоняет окружающее гозопылевое вещество со скоростми в тысячи километров в секунду. Менее эффективно действуют «новые» и другие звезды, сбрасывающие атмосферы.

Звездный ветер. Горячие гигантские звезды своим звездным ветром разгоняют газопылевое вещество, из которого они образовались,

Причин много. В Галактике все объекты имеют свои собственные вращательные и поступательные скорости.

Проблема, о которой говорится в данной заметке, относится к задачам космогонии. Над ней голову ломали ученые с момента общего понимания устройства нашей Солненой системы. Как минимум лет триста этой проблеме. Сейчас, в целом, задача качественно решена. Об этом и написана познавательная заметка Рахиль Менашевны.

Однако до сих пор остается множество загадок, особенно в количественном исчислении параметров Солнечной системы. О части этих загадкок уже писалось у нас. Часть из них описывала Рахиль Менашевна. Например, почему на Земле много воды, и как эта вода к нам попала.

Очень бы хотелось понять, как происходило образование нашего Солнца и Солнечной системы. Но эта проблема, возможно, до конца решена не будет никогда. Период обращения Солнца вокруг центра Галактики примерно 250 миллионов лет. За время жизни Солнца, а это примерно 4.5 миллиарда лет Солнце сделало 16-17 оборотов. За это время, по всей видимости, наше Солнце разошлось очень далеко со своими сестрами, которые родились вместе с ней. Поэтому для того, чтобы разобраться с начальными условиями, надо бы установить, какие звезды являются сестрами нашему Солнцу. Но, к сожалению, мы пока этого сделать не можем. А было бы здорово сказать - вон та звезда родилась из того же облака, что и Солнце, а вот эта была рядом с ним во время рождения.

Вот к примеру, в радиусе 15 световых лет от Солнца имеются две системы с белым карликом. Это Сириус и Процион. Эти системы похожи друг на друга. Они родились вместе с Солнцем или нет?

Ваш неожиданный вопрос меня тоже заинтересовал. Думаю, что предположение об образовании Сонца, Сириуса и Проциона из одного общего облака соответствует действительности.

Еще я нашла в справочнике П.Г. Куликовского, что эти звезды имеют довольно маленькие относительные лучевые скорости: приближаются к Солнцу со скоростями 8 и 3 км/с соответственно, в то время как большинство лучевых скоростей звезд лежат в пределах 20 - 30 км/с. Возможно, эти звезды так и вращаются вместе вокруг центра Галактики.

Цель моих коротких статей - объяснить суть рассматриваемых явлений. Я могла бы их дополнить многими подробностями, но стараюсь этого не делать, еще больше подробностей можно было бы взять из литературы, а еще бльше, как Вы справедливо заметили, науке неизвестны.

Уважаемая RMR_stra ! Очень интересная информация! У меня достаточно давно крутится одна идея!

Предположим, что Сириус или Процион были рождены с Солнцем из одного и того же облака. Возраст Солнца мы знаем. Это около 4.5 миллиардов лет. Это примерно половина срока жизни Солнца. Белые карлики не могут иметь массу, превышающую массу Солнца в два раза. Скорее где-то 1.5 массы Солнца. Но звезды с массой в два-полтора раза больше солнечной и живут во столько же раз меньше, чем Солнце, примерно, конечно. Но это означает, что белые карлики в системах Сатурна и Проциона появились совсем недавно. Возможно, что сброс оболочки этих звезд видели наши предки в виде каких-то грандиозных небесных фейерверков. Есть так называемый диск из Небры . По оценке ему порядка 5000 лет. На нем есть какие-то дуги на звездном небе. Сброшенная оболочка должна была бы на небе Земли выглядеть такими сверкающими дугами. На диске дуги соседствуют, как считают, с семью звездами Плеяд. А они как раз располагаются практически в том же секторе неба, что и Сириус и Процион.

Более того, можно даже предположить, что достижение сброшенной оболочкой Солнечной системы через несколько сотен лет после сброса, могло вызвать в атмосфере Земли усиленную конденсацию влаги (за счет увеличения потока заряженных частиц), т.е. дождь. Такой дождь мог длиться все время, за которое центральная чать оболочки проходит Землю. А это время должно исчисляться несколькими десятками дней.

Точно так же, как камешек с резинкой, наша Земля стремительно улетит прочь из солнечной системы, если на неё по какой-либо причине вдруг перестанет действовать притяжение Солнца . Допустим на минуту, что это совершилось. Посмотрим, что тогда произойдет с нашей планетой и всеми нами – обитателями Земли. Притяжение солнца.

При удалении от Солнца

Если Земля перестанет двигаться по своей орбите

Земля, как и другие планеты, вращается вокруг Солнца по своей орбите, которая имеет форму эллипса. Хорошо знакомый со школьной программы закон тяготения гласит о взаимном притяжении таких огромных астрономических тел как Солцне и Земля.

Причем тело с меньшей массой двигается в сторону тела с большой массой. Согласно этого закона наша Земля должна упасть на Солнце. Давайте выясним, почему Земля не падает на Солнце , и за счет какой сдерживающей силы этого не происходит!

Сила удерживающая планету Земля от падения на Солнце

Оказывается, что само по себе падение существует, причем постоянно! Да, Земля находится в состоянии постоянного падения в сторону Солнца. И если бы Земля не вращалась вокруг Солнца, — это бы давно уже произошло.

Противодействующей силой, которая препятствует падению является ни что иное, как центробежная сила, которая возникает вследствие движения Земли по своей орбите вокруг Солнца.

И эта сила, как вы уже догадались, всегда равна силе притяжения. То есть скорость 30 км/с, с которой Земля движется по своей орбите, создает силу, которая постоянно отклоняет траекторию полета Земли от перпендикулярно направленного падения в сторону Солнца.

Вдумайтесь как отлажен этот механизм, создающий этот неизменный баланс сил, который существует более чем 5 млрд. лет. В случае если бы скорость была больше, мы бы постоянно отклонялись от Солнца, и в случае уменьшения ровным счетом наоборот.

Расчет гравитационной силы между Землей и Солнцем

Можно ли посчитать эту самую силу притяжения, которая возникает между Землей и Солнцем? Конечно. Для этого достаточно знать их массы, взаимное расстояния друг от друга и постоянную гравитационную константу. Стоит отметить, что расстояния между планетами и Солнцем приводится в справочниках усредненные. На самом деле из-за эллипсообразных форм орбит это расстояние в течении года для каждой планеты разное относительно Солнца.

Все то же эффект заставляет быть на своих орбитах и другие планеты Солнечной системы. Отличие состоит лишь в силах притяжения. Для каждой планета присуще своя орбитальная скорость, которая создает противодействующую центробежную силу равной силе притяжения.