XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Реалистичная модель Солнечной системы в правильном масштабе
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность:
В Интернете есть картинки Солнечной системы. Но я не наблюдал картинок с верным масштабом. Большинство визуализаций Солнечной системы ошибочны. И я сам решил сделать верную 3D—модель Солнечной системы. Я не буду отправляться в космос. Я буду уменьшать всё до таких размеров, что макет можно взять в руки, и для показа расстояния от Солнца до планет я буду использовать г.Волжского
Моя цель - создать модель Солнечной системы, в которой будут соблюден правильный масштаб.
Чтобы достичь своей цели, мне нужно выполнить шесть задач:
найти информацию о Солнце и планетах;
выбрать масштаб уменьшения реальных размеров;
произвести расчёт в программе Excel;
создать макеты Солнца и планет согласно расчётам;
используя Яндекс-карты Волжского, найти места для макетов планет;
Найти эти места в городе и сфотографировать в этих местах макеты.
Значимость и предполагаемый конечный результат:
Во время своего проекта я планирую:
создать правильную модель Солнечной системы;
показать её своим одноклассникам;
снять видео о Солнечной системе.
Источники, литература и приложения:
При подготовке я буду пользоваться:
Википедией — свободная энциклопедия;
Яндекс.Картами;
Solar System Scope - интерактивный планетарий;
Microsoft Excel —программа для работы с электронными таблицами.
Основные этапы работы:
Моя работа будет состоять из шести этапов:
1. Сбор информации о солнечной системе;
2. Математические расчёты в программе Excel;
3. Изготовление макетов Солнца и планет;
4. Работа с картами г.Волжского;
5. Фотографирование макетов Солнца и планет в необходимых местах г. Волжского и запись видеоролика;
6. Показ модели Солнечной Системы в своей школе.
ГЛАВА 1. ИНФОРМАЦИЯ О СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ.
В августе 2020 года я совершил образовательное путешествие в Специальную астрофизическую обсерваторию около посёлка Нижний Архыз.
Посетил самый большой в России оптический телескоп – БТА.
Н
аблюдал за очень красивым ночным небом на высоте 2000м. В телескоп видел звезды, шаровые и рассеянные звездные скопления, туманности, галактики и конечно же планеты Солнечной системы, которые выглядели как очень яркие звезды. (Рис. 1.)
Рис.1.
Из книг по астрономии я знаю, что мы живём в системе одинарной звезды, вокруг которой обращаются по эллиптическим орбитам 8 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Можно выделить три группы планет: каменно-металлические планеты, газовые гиганты и ледяные гиганты.
Меркурий, Венера, Земля, Марс - это маленькие планеты, расположенные близко к центральной звезде, имеющие металлическое ядро, силикатную мантию и кору.
Юпитер и Сатурн - это самые большие планеты, расположенные дальше от центральной звезды, состоящие в основном из водорода и гелия, хотя там и присутствуют металлы, силикаты и другие вещества.
Уран и Нептун - это средние по размеру планеты, расположенные далеко от центральной звезды, состоящие в основном из водорода, гелия и «льдов» (вода, метан, аммиак). Но там присутствуют и металлы, силикаты и другие вещества.
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ В ПРОГРАММЕ EXCEL.
Для того, чтобы правильно рассчитать размер моей модели, из Википедии я взял данные о среднем радиусе Солнца и планет (Rср, км), большой полуоси орбит планет (a, км), рассчитал в Microsoft Excel средний диаметр Солнца и планет (dср, км) по формуле dср=2Rср. (Табл.1)
|
|
Средний радиус тела (Rср, км) |
Средний диаметр тела (dср=2Rср, км) |
Большая полуось (a, км) |
|
Солнце |
695 510 |
1 391 020 |
|
|
Меркурий |
2 440 |
4 879 |
57 909 227 |
|
Венера |
6 052 |
12 104 |
108 208 930 |
|
Земля |
6 371 |
12 742 |
149 598 261 |
|
Марс |
3 390 |
6 779 |
227 943 820 |
|
Юпитер |
69 911 |
139 822 |
778 547 200 |
|
Сатурн |
58 232 |
116 464 |
1 429 394 069 |
|
Уран |
25 362 |
50 724 |
2 876 679 082 |
|
Нептун |
24 622 |
49 244 |
4 503 443 661 |
Табл.1
Рассчитал во сколько раз диаметр планет меньше диаметра Солнца, разделив диаметр Солнца на диаметр планет (dСолнце / dпланета). Оказалось, что Солнце значительно больше. Например, Солнце в 10 раз больше Юпитера и в 285 раз больше Меркурия.
Расчёты по сравнению я представил в таблице. (Табл. 2)
|
dСолнце/dпланета |
|
|
Меркурий |
285 |
|
Венера |
115 |
|
Земля |
109 |
|
Марс |
205 |
|
Юпитер |
10 |
|
Сатурн |
12 |
|
Уран |
27 |
|
Нептун |
28 |
Табл. 2
Однако у меня возникла проблема с выбором масштаба уменьшения. Если слишком сильно уменьшить, то макеты планет будут слишком малы, а если недостаточно уменьшить, то Солнце будет слишком большое, и я не смогу его сделать.
Решил сделать Солнце диаметром 1,5 метра, что соответствует уменьшению
Солнечной системы в 927 346 667 раз. Сделал расчеты в Excel. (Табл. 3)
|
Диаметр макета планет в масштабе 1:927346667, в см |
Расстояние до макета Солнца в масштабе 1:927346667, в м |
|
|
Солнце |
150,0 |
0 |
|
Меркурий |
0,5 |
62 |
|
Венера |
1,3 |
117 |
|
Земля |
1,4 |
161 |
|
Марс |
0,7 |
246 |
|
Юпитер |
15,1 |
840 |
|
Сатурн |
12,6 |
1541 |
|
Уран |
5,5 |
3102 |
|
Нептун |
5,3 |
4856 |
Табл. 3
ГЛАВА 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАКЕТОВ СОЛНЦА И ПЛАНЕТ.
Потом я приступил к изготовлению планет. Нашел мячи нужного размера для планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Подготовил материалы для папье-маше: газеты, ножницы, клей и кисть. Обклеил 4 мяча бумагой и высушил. Потом прогрунтовал их, чтобы краска ложилась равномерно, и снова просушил. Вот какие планеты-гиганты у меня получились. (Рис. 2)
Рис. 2.
Затем я принялся делать планеты земной группы (Меркурий, Венеру, Землю, Марс) из фольги, которая служила ядром, и пластилина, который был в качестве мантии и коры. Планеты получились гораздо меньше Юпитера. Далее я сравнил все планеты. Посмотрите, как сильно они отличаются друг от друга. (Рис. 3.)
Рис. 3.
Для изготовления макета Солнца мне понадобился большой мяч для фитнеса диаметром 1м, пакеты, старые журналы и желтая ткань. Я накачал мяч максимально. Но его нужно было ещё увеличивать. Для этого я взял пакеты, набил их старой бумагой. Мама помогла закрепить их на мяче, чтобы получился шар диаметром 1,5м. Потом мы обтянули его желтой тканью. Рядом с макетом Солнца я положил планеты, они оказались сосем крошечные по сравнению с ним. Все макеты имеют правильное соотношение размеров, но пока не соблюден масштаб расстояний. (Рис. 4)
Рис. 4.
ГЛАВА 4. РАБОТА С ЯНДЕКС-КАРТАМИ Г.ВОЛЖСКОГО.
Чтобы выбрать правильные места для расположения моих макетов, мне понадобилась помощь Яндекс-карт г. Волжского. Я решил, что моё Солнце будет у самого красивого здания в городе Волжском - дворца культуры «Волгоградгидрострой». Все мои каменно-металлические планеты поместились на территории городского парка. Меркурий в 62 м, Венера – 117м, Земля – 161м, Марс – 246м. Из-за того, что Юпитер находится на расстоянии 840 м, мы выходим за границу парка. Юпитер расположен около остановки Спутника. Сатурн нужно поместить на расстоянии 1км 541м, что близко к пересечению пр. Ленина и ул. Молодёжной. Я обратил внимание на увеличение расстояния между соседними планетами. Уран оказался на расстоянии 3км 102м от ДК ВГСа, на пересечении пр. Ленина и ул. Советской. А Нептун - на расстоянии 4км 856м от Солнца. Таким образом, последняя планета попадает на главную остановку п. Рабочий. Заинтересовался, какой объект находился бы у школы. По Яндекс-картам я узнал, что расстояние между ДК ВГС и школой 6км 240м и умножил его на масштаб. Оказалось, что это произведение близко к большой полуоси Плутона (но чуть меньше).
ГЛАВА 5. ФОТОГРАФИРОВАНИЕ МАКЕТОВ СОЛНЦА И ПЛАНЕТ В НЕОБХОДИМЫХ МЕСТАХ Г.ВОЛЖСКОГО И ЗАПИСЬ ВИДЕОРОЛИКА.
После произведенных расчетов, я совершил путешествие по своему городу с макетами солнца и планет. Сделал фотографии. (Рис. 5)
Р ис. 5.
Также я записал видеоролик о моей солнечной системе и выложил его в Youtube. Посмотреть можно по этой ссылке: https://youtu.be/c1uGAa0W0LY
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе работы над проектом я узнал много нового о нашей системе, начал осваивать программу Excel, познакомился с возможностями интерактивного планетария Solar System Scope, научился пользоваться Яндекс-картами, с пользой для себя и своих одноклассников записал видео о путешествии по Солнечной системе. (Рис. 6)
Рис. 6.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Microsoft Excel —программа для работы с электронными таблицами.
Solar System Scope - интерактивный планетарий. - https://www.solarsystemscope.com/
Венера // Википедией — свободная энциклопедия. - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0
Волжский //Яндекс.Карты. - https://yandex.ru/maps/10951/volzhskiy/?ll=44.751867%2C48.786293&z=13
Земля // Википедией — свободная энциклопедия. – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0
Марс // Википедией — свободная энциклопедия. – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81
Меркурий // Википедией — свободная энциклопедия. - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%80%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%B8%D0%B9
Нептун // Википедией — свободная энциклопедия. - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%BF%D1%82%D1%83%D0%BD
Попов С. Астрофизика. Курс лекций. – ВШЭ. – 2020. – Осенний семестр // https://www.youtube.com/channel/UCGk5wyYgpGKuu5Wkjg0WIzQ
Сатурн // Википедией — свободная энциклопедия. – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD
Сурдин В. Основы астрономии // МГУ им. М.В. Ломоносова / Университет без границ // Открытое образование. - https://openedu.ru/
Уран // Википедией — свободная энциклопедия. – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%BD_(%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0)
Юпитер // Википедией — свободная энциклопедия. – https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80