I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

МОЖЕТ ЛИ БЫТЬ ЗЕМЛЯ КУБИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Пирмамедов Мурад Ильгар оглы 1

---

1

Зарытова Т.Н. 1

---

1tatyana.0701@mail.ru

Работа в формате PDF

631.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Глава I Форма планеты Земля: предположения и реальность ……………5

1.1 Различные представления о форме Земли………………………………..5

1.2 Почему Земля шарообразная?...........................................................................5

1.3 Истинная форма Земли…………………………………………………….......6

1.4. А что было бы с Землей, будь она кубической?............................................6

1.5. Будущее планеты Земля…………………………………………………….7

2.3. Изготовление кубической модели Земли…………………………………….10

Заключение……………………………………………………………………11

Список литературы……………………………………………………………….12

Введение

Я очень люблю читать книги о кругосветных путешествиях и путешественниках-первооткрывателях, потому что их открытия изменили представления человека о мире. И все-таки даже в наши дни и на Земле, и в Космосе остается немало тайн. Времена, когда Землю считали плоской, давно канули в лету. Многие ученые и астрономы еще в древности утверждали, что Земля имеет форму шара. Да и в наши дни этот факт известен каждому едва ли не с самого детства. И все-таки, почему Земля и другие планеты имеют форму шара? Интересно, а что было бы, если бы Земля была не шарообразной, а кубической?

Цель работы: обосновать, что планета Земля может иметь только шарообразную форму.

Задачи работы: 1. Изучить литературу и узнать, почему Земля и другие планеты имеют шарообразную форму.

2. Провести эксперименты, доказывающие сферичность Земли.

3. С помощью анкетирования определить, что знают мои одноклассники о форме Земли, выяснить их предположения об изменениях на планете, принявшей форму куба.

4. Изучить научную литературу о том, как изменится форма планеты в будущем.

5. Выяснить, какой была бы жизнь на планете Земля, имеющей форму куба.

6. Изготовить модель планеты Земля кубической формы с учетом закона гравитации.

Объект исследования: форма планеты Земля.

Предмет исследования: обоснование шарообразной формы планеты Земля.

Гипотеза работы: мы предполагаем, что космические тела, подобные планете Земля, могут быть только шарообразной формы.

Методы работы: обзор литературных и интернет источников, эксперимент, анкетирование, моделирование.

Теоретическая значимость работы: рассмотрены понятия «геоид», «гравитация», «центробежная сила» в научной и научно-популярной литературе.

Прикладная значимость работы:модель планеты Земля кубической формы может быть использована на уроках окружающего мира для формирования представлений о законе всемирного тяготения у детей младшего школьного возраста.

Новизна работы: изготовлен макет планеты Земля кубической формы с учетом закона гравитации.

Глава 1.Форма планеты Земля: предположения и реальность

1.  

   1. Различные представления о форме Земли

Давно всем известно, что наша планета Земля шарообразной формы. Но представления людей в древности крайне отличались от современных представлений. Так, например, вавилоняне представляли себе Землю в виде горы, на западном склоне которой находится Вавилония. Древние славяне думали, что Земля держится на трех китах. Греки о Земле говорили, что это диск, который напоминает воинский щит. В представлении древних индийцев Земля держится на спинах трех слонов, слоны стоят на черепахе, а черепаха — на змее. [Приложение 1]

Первым мысль о Земле – сфере высказал греческий философ Эратосфен, который в четвертом веке до нашей эры измерил радиус планеты. Первые наблюдательные доказательства приведены Аристотелем, который ссылался на то, что во время лунных затмений тень Земли всегда круглая. Аристарх Самосский – выдающийся древнегреческий астроном, в III веке до н. э. высказал мнение о том, что все планеты вместе с Землей вращаются вокруг Солнца, а не Солнце вместе с планетами вращаются вокруг Земли [2,с. 37]. Однако он не смог научно обосновать свою мысль. Прошло около 1700 лет, когда это удалось сделать гениальному польскому ученому Николаю Копернику. Кругосветное плавание Фернана Магеллана в 1519–1522г.г. фактически подтвердило шарообразность Земли.[Приложение 1].

1.2 Почему Земля шарообразная?

Планеты Солнечной системы, их спутники, звезды имеют форму шара. А почему именно шара? Все дело в гравитации, в силе тяжести. Силы гравитации действуют на все тела во Вселенной [Приложение 2]. Чем больше предмет, тем больше его гравитация. Если какая-то сила придаст Земле любую другую форму, например, распластает ее, то по окончании действия этой силы, сила тяготения снова начнет собирать Землю в шар до тех пор, пока вся поверхность планеты не установится на равном расстоянии от центра. Однако сила гравитации ничего не сможет сделать, если тело непластично. Пластичность планете придает наличие одного из компонентов, составляющих планету Земля. Таким компонентом считается раскаленная магма, находящаяся под корой и периодически появляющаяся на поверхности Земли в виде извержений действующих вулканов [5, c. 79]. Таким образом, космическое тело должно быть оптимально пластичным, например, газообразным или жидким, поскольку газы и жидкости легче всего обретают форму шара. Поскольку планеты внутри жидкие, потому и столь велико влияние гравитации на них. Например, астероиды состоят из твердых компонентов и по сравнению с планетами невелики, поэтому их собственная гравитация действует на них достаточно слабо. Это объясняет то, что астероиды и не принимают форму шара [Приложение 2].

1.3 Истинная форма Земли

До половины XVII в. Землю считали правильным шаром, но потом были замечены факты, которые заставили усомниться в правильности подобного представления. Французская академия снарядила две экспедиции для измерения длины градуса в полярных и экваториальных широтах. Обе экспедиции, работая совершенно независимо (одна в Перу в 1735 г. и другая в Лапландии в 1736 г.), дали следующие результаты: экваториальный радиус равен 6378 км, а полярный - 6356 км; разность составляет 21 км [4, c.96]. Отсюда можно было сделать вывод о полярном сжатии Земли. Поэтому называть планету абсолютным шаром будет, немного неправильно, так как скорей она имеет форму шара, немного приплюснутого у полюсов и растянутого по линии Экватора. Здесь играет роль движение Земли вокруг своей оси и наличие вследствие этого центробежной силы. Благодаря немалой скорости естественного вращения планеты вокруг своей оси, скорость любой точки на земном экваторе можно сравнить со скоростью сверхзвукового самолета.

Вращение Земли вокруг своей оси заставляет её сплющиваться у полюсов так, что все точки на экваторе находятся на 21,4 км дальше от центра, чем на полюсах. Таким образом, Земля по своей форме напоминает мандарин. Истинную форму Земли на самом деле невозможно представить какой-либо простой математической фигурой. Для обозначения формы Земли в 1873 году немецким математиком Иоганном Бенедиктом Листингом был предложен термин «геоид». Геоид похож на грушу или корявую картофелину с шишкой на северном полюсе и «провалом» в Антарктиде[3, с.57]. Из космоса Земля выглядит как большое, «откушенное» с одной стороны яблоко [Приложение 3].

1.4. А что было бы с Землей, будь она кубической?

Жизнь на кубической Земле будет сильно отличаться от той, к которой мы привыкли. Сила гравитация на поверхности будет направлена точно в центр [Приложение 4]. Таким образом, во время приближения к рёбрам куба мы будем чувствовать, будто находимся на склоне высоченных гор. Каждая из шести граней куба будет являться чашей. Следовательно, океаны и атмосфера стекутся на самую нижнюю точку, которую они смогут достичь. Таким образом, в центре каждой грани куба образуется лужица примерно в полторы тысячи километров в ширину. При этом как океаны, так и атмосфера будут в несколько раз глубже, чем сейчас. Большая часть кубической Земли будет иметь форму голых, безжизненных скал, выступающих прямо в открытый космос. Вся жизнь, которой требуется твёрдая поверхность, будет сосредоточена в узком кольце побережья этого огромного водного пузыря и полоске в сотню-другую километров шириной. Куда б мы не направились, мы бы шли или в гору, или под гору. Причем, чем ближе к вершине, тем больше возрастала бы сила тяготения, поскольку под нами находилась бы большая масса. Особенно любопытно, что кубоземля будет иметь шесть полностью изолированных регионов. Каждая сторона – свой отдельный мир. Люди с разных граней видеться друг с другом не смогут, потому что на вершинах кубоземли будут горы немыслимой высоты [9]. Сложная жизнь вряд ли сумела бы эволюционировать на кубической Земле. Человек зависит от давления, температуры, которые на кубообразной Земле будут меняться слишком стремительно. Жить в таком мире было бы крайне неудобно. Такую планету постоянно сотрясали бы землетрясения. Кубические миры неустойчивы и недолговременны. Так что со временем планета сделалась бы шарообразной, как и все нормальные планеты.

1.5. Будущее планеты Земля

За прошедшие 4,5 миллиарда лет своего существования Земля пережила грандиозные трансформации. Поверхность Земли, соответственно и форма геоида постоянно меняются. Многие ученые думают, что изменения в форме Земли происходят под воздействием климатических изменений. К сожалению, надо отметить, что на 90 % люди ответственны за глобальное потепление. Существует гипотеза, которая предполагает, что под воздействием вмешательств форма Земли принимает все более круглую форму, происходит смещение масс, изменение в гравитации. Это замедляет скорость вращения Земли. Таким образом, в будущем 24 часовой дневной пояс может удлиниться параллельно замедлению вращения [8].

Однако это картина очень далекого будущего. Земля будет идти по своему уникальному пути еще минимум миллиард лет.

Глава 2. Экспериментальное обоснование шарообразности планеты Земля

2.1. Организация и результаты анкетирования

В четвертых классах мы провели анкетирование. Анкетирование включало опрос школьников [Приложение 5]. В анкетировании приняли участие 54 ученика младшего школьного возраста. База исследования: МБОУ СОШ №8 г. Туймазы. Период исследования: октябрь 2015г.

На вопрос о форме нашей планеты, в шарообразности Земли не сомневаются 92% четвероклассников, 8% отметили, что планета Земля приплюснута с полюсов (диаграмма 1)[Приложение 5].Из диаграммы 2 можно увидеть, что большинство школьников мало осведомлены, какие силы придают Земле сферичность [Приложение 6]. Лишь 18% предположили, что форма планеты зависит от вращения вокруг своей оси. Участники опроса не знакомы с таким понятием, как геоид (диаграмма 3) [Приложение 6]. А вот 2 % четвероклассников думают, что существование кубической формы Земли возможно, но пояснить последствия такого преобразования не смогли (диаграмма 4) [Приложение 7]. Форму нашей планеты в будущем оставили неизменной 11% учеников, 6 % обеспокоены воздействием на Землю парникового эффекта и как следствие – превращение планеты в раскаленный шар, остальные ребята затруднились с ответом (диаграмма 5) [Приложение 7].

Таким образом, результаты анкетирования показали, что ученики начальных классов знают, что Земля имеет шарообразную форму, но не осведомлены, какие силы придают планете сферичность, не знакомы с понятием геоид.

2.2. Экспериментальное обоснование формы Земли

Изучив литературные источники по теме, я решил показать с помощью экспериментов, как и какие силы Вселенной влияют на форму космических тел.

Эксперимент №1. Воздействие силы гравитации на форму космических тел. Цель: выяснить, как сила притяжения (гравитация) может сделать планету шарообразной. Материалы: пластилин. Форма: куб.

Описание эксперимента:— возьмем пластилиновый кубик и представим, что наши ладони – это сила притяжения;— будем перекатывать пластилин в ладонях, нажимая на всю его поверхность, как это делает сила притяжения (гравитация);— через некоторое время пластилиновый кубик примет форму шара.

Результат: пластилиновый кубик под воздействием наших рук принял форму шара [Приложение 8]. Вывод: следует заметить, что если мы будем нажимать на пластилиновый кубик слишком слабо, он лишь чуть-чуть изменит свою форму. Так происходит и в космическом пространстве: тела только с большой гравитацией принимают форму шара. Таким образом, мы убедились, что сила гравитации изменяет форму космических тел.

Эксперимент №2. Воздействие центробежной силы (силы вращения) на форму шара. Цель: показать, почему земной шар сплюснут у полюсов. Материалы и инструменты: бумага, линейка, клей, ножницы, карандаш.

Процесс: отмерим и вырежем две полоски размером 3 x 40 см; — положим полоски крест-накрест и склеим их в месте соединения;— соединим четыре свободных конца вместе и тоже склеим; получится фигура, похожая на шар;— проделаем отверстие в месте соединения свободных концов; — в полученное отверстие вставим карандаш;—карандаш с закрепленным на нем шаром зажмем между ладонями и начнем перекатывать от основания ладоней к пальцам.

Результат: во время перекатывания шара его верхняя часть сплющивается, а центральная часть раздувается [Приложение 9]. Вывод: таким образом, на вращающийся шар действует центробежная сила или сила вращения, которая стремится раздвинуть в стороны бумажные полоски в «экваториальной части», а верхнюю и нижнюю части сплющивает. Наша Земля - вращающееся космическое тело, поэтому под воздействием центробежной силы планета сплюснута у полюсов и раздута по экватору.

Эксперимент №3. Воздействие скорости центробежной силы на форму шара. Цель: показать, почему земной шар сплюснут у полюсов. Оборудование и реактивы: прозрачный стакан, вода, спирт, растительное масло, деревянная палочка. Процесс: нальем в стакан смесь воды со спиртом в такой пропорции, чтобы растительное масло не всплывало и не тонуло в ней. Только тогда масло примет форму шара;осторожно введем в масляный шарик деревянную палочку;начнем вращать палочку внутри масляного шара.

Результат: масляный шарик начинает вращаться, и чем быстрее он вращается, тем больше сплющивается вдоль своей оси [Приложение 10-11]. Вывод: таким образом, эллипсоидная форма Земли объясняется её вращением. При этом следует отметить, что сплющивание зависит от скорости вращения, т.е. скорости центробежной силы. Подобным образом сплюснуты и другие вращающиеся небесные тела. Юпитер, например, сплюснут очень сильно благодаря большой скорости вращения (один оборот за 10 часов). А Луна, совершающая один оборот вокруг своей оси за один месяц, практически не сплюснута и имеет форму шара.

2.3. Изготовление кубической модели Земли

Для наглядной демонстрации того насколько отличалась бы «кубоземля» от истинной формы земного шара нами была изготовлена модель Земли кубической формы [Приложение 12]. Учитывая закон всемирного тяготения, сила гравитации будет направлена в центр, поэтому каждая из шести граней куба будет являться чашей для маленьких океанов и атмосферы. Большая часть кубической Земли будет иметь форму голых, безжизненных скал Самые высокие горы раскинутся на границах каждой грани.

Данная модель может быть использована как наглядный методический материал на уроках окружающего мира при изучении темы всемирного тяготения и формы Земли.

Заключение

По результатам теоретического исследования мы выяснили, что вопрос изучения формы Земли остается актуальным до сих пор, так как планета не остается неизменной. Изучив литературные источники, узнали, что на планету действует сила гравитации (сила тяжести), придавая ей форму шара. Однако, сила гравитации бессильна, если тело непластично и не имеет большой массы. Пластичность планете Земля придает наличие раскаленной магмы, находящейся под корой. Планета имеет форму шара, немного приплюснутого у полюсов. Здесь играет роль движения Земли вокруг своей оси и наличие вследствие этого центробежной силы. Для обозначения истинной формы Земли был предложен термин «геоид».Результаты анкетирования показали, что ученики начальных классов знают, что Земля имеет шарообразную форму, но не осведомлены, какие силы придают планете сферичность. Мы провели классный час и с помощью экспериментов показали, как сила гравитации и скорость центробежной силы влияют на форму Земли.Учитывая законы гравитации, предположили, как бы выглядела планета, будь она кубической формы. По данным предположениям сконструировали модель «кубоземли».По мнению ученых, в будущем наша планета будет более круглой, так как замедлит скорость вращения из-за изменения климата.эТаким образом, теоретическое и экспериментальное исследования подтвердили нашу гипотезу и показали, что кубические миры недолговечны. Под воздействием гравитационной и центробежной сил любое пластичное космическое тело, имеющее достаточную массу, обречено стать со временем шарообразным. ЛИТЕРАТУРА

1. Баттерфилд. М.; Корбидж. Ф. «Большая детская энциклопедия» - Москва, «РОСМЭН», 2002.

2. Голдсмит Д., «Современная детская энциклопедия «Космос» -Москва, «ЭКСМО», 2012

3. Маркин В., «Я познаю мир. География» - Москва, «АСТ», 2001.

4. Талаева, Е.В., «Космос» – Москва, «РОСМЭН», 2008.

5. Хлебалина Е. «Иллюстрированный атлас школьника. Планета Земля» –Москва, «Аванта+», 2004.

6. Энциклопедия «Великие путешествия» - Москва, «Махаон», 2013

7. Электронные ресурсы. https://ru.wikipedia.org/ .

8. http://www.astronomy.ru/

9. http://planetologia.ru/

10. http://elementy.ru/

ПРИЛОЖЕНИЕ

25