С помощью глобуса или. Что такое глобус

На тело, выведенное за пределы земной атмосферы, действуют, как и на всякое небесное тело, только силы тяготения со стороны Земли, Солнца и других небесных тел. В зависимости от начальной скорости, сообщенной телу при его взлете с поверхности Земли, дальнейшая судьба тела может быть различной: при малой начальной скорости тело падает обратно на Землю; при большей скорости тело может превратиться в искусственный спутник и начать вращаться вокруг Земли, подобно ее естественному спутнику - Луне; при еще большей скорости тело может уйти от Земли так далеко, что сила земного притяжения практически не будет влиять на его движение и оно обратится в искусственную планету, т. е. начнет вращаться вокруг Солнца; наконец, при еще большей скорости тело может навсегда уйти из Солнечной системы в мировое пространство.

Мы рассмотрим только случай, когда тело превращается в искусственный спутник Земли. Изучая его движение относительно Земли, будем учитывать только силу притяжения его Землей. Мы увидим, что тело может стать спутником Земли только в том случае, если его скорость лежит в сравнительно узких пределах: от 7,91 до 11,19 км/с. При скорости, меньшей 7,91 км/с, тело упадет обратно на Землю; при скорости, большей 11,19 км/с, тело уйдет от Земли безвозвратно.

Для запуска искусственных спутников применяют специальные ракеты, поднимающие спутник на заданную высоту и разгоняющие его до требуемой скорости; после этого спутник отделяется от ракеты-носителя и продолжает свое движение под действием только сил тяготения. Двигатели ракет должны, совершить работу против сил тяжести и против сил сопротивления воздуха, а также сообщить спутнику большую скорость. Для этого двигатели ракеты должны развивать огромную мощность (миллионы киловатт).

Если расстояние от спутника до поверхности Земли меняется незначительно по сравнению с расстоянием до центра Земли, то силу притяжения спутника Землей можно (для грубых расчетов) считать постоянной по модулю, как это мы делали в § 113 при изучении полета тела, брошенного под углом к горизонту. Но направление силы тяжести уже нельзя будет считать постоянным, как для коротких траекторий пуль и снарядов; теперь мы должны учитывать, что сила тяжести направлена в любой точке по радиусу к центру Земли.

Мы рассмотрим только движение искусственных спутников по круговым орбитам. Сила притяжения Земли создает центростремительное ускорение спутника, равное , где - радиус орбиты, а - неизвестная пока скорость спутника. Предположим, что орбита проходит вблизи поверхности Земли, так что практически равен радиусу Земли . Тогда, если пренебречь сопротивлением атмосферы, спутник будет двигаться с ускорением , направленным к центру Земли. Следовательно,

Радиус Земли. Отсюда находим, что скорость спутника, описывающего круговую орбиту вблизи поверхности Земли, должна быть равна

Подставив и , найдем

Эту скорость называют первой космической скоростью. Двигаясь с такой скоростью, спутник облетал бы Землю за .

Спутник, вращающийся вокруг Земли вблизи земной поверхности, имеет ускорение , направленное к центру Земли, т. е. такое же ускорение свободного падения, как и тело, свободно летящее по параболической траектории или падающее по вертикали вблизи земной поверхности. Значит, движение спутника есть просто свободное падение, подобное движению пуль и снарядов или баллистических ракет. Различие заключается только в том, что скорость спутника настолько велика, что радиус кривизны его траектории равен радиусу Земли: падение (т. е. движение с ускорением , направленным к центру Земли) сводится к огибанию земного шара.

Рис. 203. Рисунок из трудов Ньютона: траектории тела, бросаемого с вершины высокой горы с различными горизонтальными скоростями. Еще Ньютон понимал, что для запуска тела на орбиту вокруг Земли тело должно иметь достаточно большую скорость. - пункты, в которых оканчиваются траектории при увеличении скорости

Из формулы (125.1) ясно, что если скорость тела будет меньше первой космической, то сила тяжести заставит его двигаться по траектории с радиусом кривизны, меньшим радиуса Земли . Значит, при такой скорости тело упадет на 3емлю. При большей скорости радиус кривизны траектории будет больше и тело опишет эллиптическую траекторию (рис. 203).

В действительности спутник не может быть запущен по орбите радиуса из-за огромного сопротивления воздуха вблизи поверхности Земли. Найдем, какова должна быть скорость движения по круговой орбите любого радиуса , большего . Для этого воспользуемся формулой, аналогичной (125.2), учитывая, что ускорение свободного падения убывает при удалении от центра Земли в отношении, обратном отношению квадратов расстояний от центра. Ускорение на расстоянии от центра Земли найдем по формуле . Скорость движения спутника по круговой орбите радиуса получается из равенства

,

(125.3)

Таким образом, по мере увеличения радиуса орбиты скорость искусственного спутника уменьшается.

Это не означает, однако, что для запуска спутника на орбиту большего радиуса двигатели ракеты должны совершить меньшую работу. Уменьшается только доля работы, необходимая для сообщения спутнику кинетической энергии. Но при этом спутник надо поднять на большую высоту над Землей; значит, потребуется совершить большую работу против силы земного притяжения, т. е. сообщить спутнику большую потенциальную энергию. В итоге оказывается, что по мере увеличения радиуса орбиты суммарная работа, необходимая для запуска спутника, растет.

В самом деле, рассчитаем, как меняется в зависимости от радиуса орбиты работа, необходимая на подъем спутника с земной поверхности до орбиты и на сообщение ему скорости, необходимой для движения по орбите. Согласно формуле (125.3) кинетическая энергия спутника массы , движущегося по орбите радиуса , равна

,

где - первая космическая скорость. Подставив вместо ее значение, определяемое формулой (125.2), выражению для кинетической энергии можно придать вид

Рассмотрим полет спутника массы по орбите радиуса и по орбите радиуса , где - положительное приращение радиуса , много меньшее самого радиуса . Согласно (125.4) кинетическая энергия спутника при полете по этим орбитам равна соответственно

.

где - приращение кинетической энергии спутника при переходе с первой орбиты на вторую. Это приращение равно

В соответствии с тем, что при переходе с первой орбиты на вторую скорость спутника уменьшается, получилось отрицательным.

С другой стороны, работа против силы тяжести при переходе с первой орбиты на вторую равна силе тяжести, действующей на спутник, умноженной на . Так как мало, изменением силы тяжести при переходе можно пренебречь и считать ее равной . Следовательно, работа против силы тяжести при переходе с первой орбиты на вторую

Эта работа затрачивается на приращение потенциальной энергии спутника при переходе с первой орбиты на вторую. Таким образом,

. (125.6)

Сравнение выражений (125.5) и (125.6) показывает, что приращение потенциальной энергии в два раза превышает убыль кинетической энергии спутника:

Представим переход спутника с орбиты радиуса на орбиту радиуса , сильно отличающегося от как ряд последовательных переходов, при каждом из которых радиус орбиты увеличивается на малую величину . При каждом таком переходе выполняется соотношение (125.7). Следовательно, это соотношение имеет место и при переходе с орбиты радиуса на орбиту радиуса :

(см. формулу (125.4)). Полученное равенство будет выполняться, если положить на расстоянии от центра Земли равной

, (125.8)

где - произвольная константа. Напомним, что потенциальная энергия всегда бывает определена с точностью до произвольной аддитивной постоянной, значение которой зависит от выбора положения тела, в котором его потенциальная энергия принимается равной нулю.

В этом случае при . На любом конечном расстоянии от центра Земли потенциальная энергия отрицательна. Выражению (125.9) можно придать другой вид, заменив, согласно (124.3), на :

. (125.10)

Мы получили выражение (125.8) для спутника, движущегося по орбите радиуса . Однако оно не содержит скорости и, следовательно, справедливо для любого тела массы независимо от того, движется это тело или покоится.

Если принять равной нулю, когда тело находится на поверхности Земли (т. е. ), то , и выражение для потенциальной энергии примет вид

.

Пусть , где - очень малая по сравнению с величина. Тогда выражение (125.11) упрощается следующим образом:

.

Мы пришли к известному выражению для потенциальной энергии тела, поднятого над Землей на высоту .

Напомним, что потенциальная энергия определяет работу, которая совершается силами тяготения над телом при переходе его из положения с энергией в положение, в котором потенциальная энергия равна нулю. Следовательно, выражение (125.11) определяет работу, которую совершают силы тяготения при переходе из точки, находящейся на расстоянии от центра Земли, в точку на поверхности Земли. Из формулы (125.11) следует, что при перемещении тела массы из бесконечности на поверхность Земли силы тяготения совершают над телом работу, равную . Соответственно работа, которую нужно совершить против сил тяготения, чтобы удалить тело с поверхности Земли на бесконечность, также равна . Эта работа конечна, несмотря на то, что путь, на котором она совершается, бесконечно велик. Это объясняется тем, что силы тяготения быстро убывают с увеличением расстояния от Земли - обратно пропорционально квадрату расстояния.

С помощью выражений для кинетической и потенциальной энергий можно определить работу, которую нужно совершить, чтобы вывести спутник массы на орбиту радиуса . Перед запуском полная энергия спутника (кинетическая плюс потенциальная) равна нулю. Двигаясь по орбите, спутник обладает кинетической энергией, определяемой выражением (125.4), и потенциальной энергией, определяемой выражением (125.11). Интересующая нас работа равна полной энергии спутника, движущегося по орбите:

Это выражение не учитывает работу, которую нужно совершить при запуске спутника против сил сопротивления атмосферы. Из (125.12) видно, что с увеличением радиуса орбиты растет работа, которую нужно затратить для выведения спутника на орбиту.

Работа (125.13) совершается за счет запаса кинетической энергии, которая сообщается спутнику при запуске. Минимальная скорость , с которой должен быть запущен спутник, чтобы он удалился на бесконечность, определяется условием

Эту скорость называют второй космической скоростью. Сравнение с (125.2) показывает, что вторая космическая скорость в раз больше первой:

При запуске тела со скоростью, большей второй космической скорости, оно также не возвратится на Землю, но в этом случае по мере удаления тела от Земли его скорость не будет стремиться к нулю.

125.1. С какой скоростью нужно подбросить тело вертикально вверх, чтобы оно достигло высоты над поверхностью Земли, равной радиусу Земли? При расчете пренебречь сопротивлением воздуха, но учесть изменение силы тяжести.

125.2. На каком расстоянии от центра Земли период обращения искусственного спутника будет равен 24 часам, так что спутник сможет занимать относительно вращающейся Земли неизменное положение («синхронные спутники»)?

Вы когда нибудь интересовались сколько спутников вращается вокруг Земли?

Первый искусственный спутник был выведен на орбиту земли 4 октября 1957 года. За годы освоения космоса в околоземном пространстве скопилось несколько тысяч летательных объектов

Над нашей головой пролетает 16 800 искусственных объектов, среди них 6000 спутников, остальные считаются космическим мусором - это разгонные блоки и обломки. Активно функционирующих аппаратов меньше - около 850 .

Долгожителем среди спутников считается AMSAT OSCAR-7, запущенный на орбиту 15 ноября 1974 года. Этот маленький аппарат (его вес -28,8 килограмма) предназначен для любительской радиосвязи. Самый крупный объект на орбите - Международная космическая станция (МКС). Ее масса - около 450 тонн.

Спутники, обеспечивающие связь сотовых операторов («Билайн», МТС и «Мегафон»), размещают на орбитах двух типов: низкой и геостационарной.

На низкой высоте, 780 километров от Земли, находится используемая мобильными операторами глобальная система связи «Иридиум». Идею ее создания предложила в 1980-х годах компания Motorola. Названием система обязана химическому элементу иридию: в ее составе должно было быть 77 аппаратов, что равно атомному номеру иридия. Сейчас в «Иридиуме» 66 спутников.

Геостационарная орбита расположена на высоте 35 786 километров над экватором. Размещать на ней спутники связи выгоднее, так как не нужно постоянно наводить антенну - аппараты вращаются вместе с Землей и всегда находятся над одной точкой. На геостационаре 178 спутников. Самая большая группа в России принадлежит ФГУП «Космическая связь»: 9 спутников серии «Экспресс» обеспечивают телерадиовещание, мобильную, а также правительственную и президентскую связь, Интернет. Также на геостационарной орбите размещаются метеорологические и спутники наблюдения. Метеорологические спутники фиксируют изменения в атмосфере, «наблюдатели» определяют степень созревания зерновых, степень засухи и прочее.

3. Найди на глобусе пять океанов Земли и напиши их названия. Обозначь их цифрами на рисунках глобуса.

1. Северный Ледовитый океан .
2. Атлантический океан .
3. Индийский океан .
4. Тихий океан .
5. Южный океан .

4. Прочитай текст. Определи с помощью глобуса и напиши, о каких океанах идёт речь.

1. Берега Антарктиды омывает Южный океан .
2. Океан, который полностью находится в Северном полушарии, — это Северный Ледовитый .
3. Океаны, через которые проходит экватор: Тихий, Атлантический, Индийский .

5. Найди на глобусе материки и впиши их названия в предложения.

1. Материк, на котором находится наша страна — Россия, называют Евразия .
2. Экватор пересекает материки: Южная Америка, Африка .

6. Прочитай высказывания. Проверь их правильность с помощью глобуса. Если высказывание верное, напиши «да».

Северный Ледовитый океан находится в Северном полушарии. Да
Южный полюс находится на материке Южная Америка. Нет

Глобус обладает такими свойствами, каких не имеет и не может иметь ни одна географическая карта. Его масштаб постоянен во всех местах и по всем направлениям. Полное подобие изображения на глобусе действительным очертаниям объектов позволяет легко определять истинные размеры любых частей поверхности Земли и сравнивать их. На глобусе можно измерять площади и расстояния, определять географические координаты пунктов, направления на стороны горизонта и т. д.

Работать с глобусом наиболее удобно, когда он находится в ориентированном положении. Обычно ось глобуса устанавливают не вертикально, а под углом 66°33" к горизонтальной плоскости. Многие считают, что тем самым задано его ориентирование. Но это не так. Горизонтальная плоскость совпадает с плоскостью орбиты только на одной широте - на полярном круге. Только здесь мы можем ориентировать глобус, направив северный конец его оси в Полюс мира. На всех других широтах обычный глобус не ориентируется.

Для того чтобы ось глобуса была параллельна оси Земли в любом месте, нужно угол наклона оси к горизонтальной плоскости сделать равным широте этого места. Так, например, в Москве, расположенной на 55°45" с. ш., угол наклона оси глобуса должен быть 55°45", а на Северном полюсе ось глобуса должна занять строго вертикальное положение.

Ориентирование глобуса можно выполнить следующим образом. Установите глобус так, чтобы населенный пункт, где вы живете, был в зените, т. е. на самом верху. В таком положении подложите под основание глобуса какой-нибудь предмет, и ваш глобус будет ориентирован. Впрочем, подставку вы можете сделать заранее из треугольного бруска. Угол у основания этого бруска должен соответствовать разности величины угла наклона оси глобуса и значения широты вашего населенного пункта. Если, например, вы живете на широте Москвы, то разность составит примерно 11°(66°33" - 55°45").

Работая с глобусом, вы, наверное, убедились, что по нему трудно изучать континенты и моря Южного полушария. В самом деле, чтобы, например, изучить Антарктиду, а тем более определить координаты антарктических станций и других объектов, нужно перевернуть глобус, придерживая его за основание. Попробуйте в таком положении выполнять на нем какие-либо измерения! Здесь рекомендуем воспользоваться следующим советом. Открутите винт, скрепляющий глобус с осью, выньте глобус и установите его на специально изготовленной подставке в виде широкого цилиндрического кольца. Такую подставку можно легко и быстро изготовить из мягкого картона или толстой чертежной бумаги. Размер окружности должен быть примерно равен параллели 40°. Кольцевая подставка служит очень хорошим приспособлением для работы с глобусом в любой его части. Она дает возможность произвести ориентирование глобуса для любого географического пункта. Поворачивая глобус в кольце, мы можем устанавливать его в такое положение, в котором хорошо обозревать любой материк, любую часть акватории моря и выполнять необходимые измерения.

Расстояния по глобусу можно измерять тонкой металлической линейкой или натянутой нитью. Полученное расстояние в миллиметрах затем переводят в соответствии с масштабом в действительное расстояние в километрах. Нужно только следить, чтобы линейка или нить плотно прилегали к поверхности глобуса и проходили по кратчайшему пути между заданными пунктами, т. е. по дуге большого круга.

Очень удобно измерять расстояния по глобусу с помощью отсчетного кольца, которое легко изготовить самим. Узкую полоску толстой бумаги склеивают в кольцо, размер которого точно равен диаметру глобуса. С внешней стороны кольца на половине окружности наносят 20 делений, каждое из которых соответствует 1000 км. Полученные интервалы делят точками на сотни километров. Для измерения расстояния между пунктами кольцо надевают на глобус и разворачивают так, чтобы край шкалы проходил через оба пункта, причем нулевой индекс должен быть совмещен с одним из пунктов. В таком положении отсчет по шкале против другого пункта показывает расстояние между ними.

На второй половине окружности кольца можно нанести градусную шкалу от 0 до 90° в обе стороны. По этой шкале определяют географическую широту пунктов. Снимем глобус с оси и наденем на него кольцо так, чтобы край шкалы проходил через центры отверстий, на которые надевается ось, и через заданный пункт, а нулевой штрих совместился бы с линией экватора. Отсчет по шкале против пункта указывает его географическую широту. Для определения долготы подклеим полоску бумаги к кольцу против нулевого штриха. На этой полоске даются градусные деления интервала между двумя соседними меридианами по экватору, причем оцифровка их для восточной долготы должна идти справа налево, а для западной долготы - наоборот. Точность их определения зависит от масштаба. Большой глобус позволяет определять их с точностью до десятых долей градуса. Их можно отсчитать по нашей шкале на глаз.

В переводе с латинского языка слово «глобус» означает «шар». Все мы знаем, что наша планета имеет именно форму шара.

Что такое глобус?

Поэтому, не сложно сделать вывод, что глобус представляет собой уменьшенную модель нашей планеты. На глобусе можно найти все материки, реки, озера, океаны, горы, и даже страны, которые существуют на Земле.

На первый взгляд может показаться, что измерить расстояния между географическими объектами на глобусе сложнее, чем на атласе. Однако это не так: при измерении расстояний следует использовать гибкую линейку или нитку, определяя длину с помощью масштаба, указанного на глобусе.

При детальном рассмотрении глобуса, вы заметите вертикальные и горизонтальные линии, которые охватывают глобус словно сетка. Эти линии называются меридианами и параллелями, с их помощью, вы легко сможете определить градусы расположения объектов на глобусе.

В чем глобус лучше, чем карты

Многие ученики привыкли использовать на уроке географии карты и атласы, и глобус кажется им чем - то непонятным и неизведанным. Сейчас мы узнаем, в чем же состоят основные отличия глобуса и географических карт.

Вы замечали, что изображение восточного полушария на карте несколько больше, нежели изображение западного полушария. Причиной этого является несколько приплюснутость в форме земли. Подобная разница иногда запутывает учеников.

В глобусе же нет никаких разрывов и искажений, поэтому вы сможете изучать географию нашей планеты без трудностей. На глобусе можно значительно быстрее отыскать нужный вам материк или море, так как этому способствует более маленький по сравнению с атласами и картами, масштаб.

Самый старый глобус, который сохранился до наших дней, был изготовлен в 1493 году немецким ученым Мартином Бехаймом. Этот глобус называется «Земное яблоко».

Первый глобус был создан для того, чтобы удивить богатых людей Германии, и склонить их к финансированию морских экспедиций. Не менее известным глобусом является Готторпский глобус, который был изготовлен через сто лет после создания «Яблока земли».

Долгое время этот глобус был самым большим в мире - его диаметр составляет более чем три метра. Над созданием глобуса работали лучшие ученые - географы Европы, а также известные мореплаватели.