VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Форма Земли в космическом пространстве
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Кто из нас не любовался вечерним звёздным небом?
Когда смотришь на звёзды, кажется, что они рассыпаны по небу. Но если приглядеться внимательно, можно составить из звёзд различные фигуры и рисунки. Совершить полёт фантазии.
Уже древние, любуясь звёздным небосводом, населяли его богами и героями. Небо было символом гармонии, источником вдохновения и оставалось таким на протяжении всей истории человеческой культуры. Многие поэты и художники разных эпох поднимали свой взор к звёздному небу, питавшему их творчество. [1]
Именно звёздное небо и привлекает меня. Человек носит в себе неискоренимое любопытство к устройству мира, в котором он живёт. Что это? Как устроено? – вот вопросы, относимые человеком ко всем окружающим его предметам и явлениям. Эта любознательность – основа фундаментальных наук. Накопленные людьми знания порой и не имеют прямого практического выхода, или же он просматривается в очень далёкой перспективе. [2] Я очень много читаю про космос, космические тела: планеты, звёзды, метеориты и др., смотрю различные фильмы. Меня прежде всего поражают размеры, расстояния и конечно же формы.
Я узнала очень много нового и интересного про нашу планету, и хотела бы провести своё исследование.
Актуальность работы
Среди планет земной группы Солнечной системы, в которую входят Меркурий, Венера и Марс, Земля самая большая. Планета третья по удаленности от Солнца, она является пятой по диаметру, массе и плотности.
Возраст нашей планеты сравнивают с возрастом всей Солнечной системы и насчитывает примерно 4,5 млрд лет. Существует гипотеза, что Земля образовалась из газа и пыли, которые остались от формирования солнца.
Древнейшие горные породы, которые были изучены, образовывались примерно
100 — 200 миллионов лет. А условия, благоприятные для возникновения жизни на планете, возникли только 3,5 млрд лет назад. Мы же, как современный тип человека, сформировались только 40 000 лет назад.
Земля имеет шарообразную форму, приплюснутую на полюсах. Протяжённость экватора Земли составляет 40076 км, экваториальный радиус 6378 км, полярный радиус 6357 км и средний радиус 6371 км.
Земля, и мы вместе с ней, вращается вокруг Солнца по круговой орбите, радиус которой составляет 150 млн км. Период, за который обращается по эллиптической орбите Земля, происходит со скоростью 29,8 км/с и длится 365 суток. Приблизительное расстояние до Солнца составляет 149 543 000 километра.
Земля вращается также вокруг своей воображаемой оси (с запада на восток). Полный оборот совершается примерно за 23 часа 56 минут. Ось вращения наклонена на
66,50 по отношению к плоскости орбиты, и в результате такого движения происходит смена дня и ночи. А так как земля одновременно ведет вращение вокруг Солнца, то приближаясь, то удаляясь от него — происходит смена времен года. [3]
В космосе и на планете Земля много загадок, о которых я хотела бы узнать. Я очень люблю читать и смотреть фильмы об исследователях и путешественниках, о том, как происходили открытия. А также я люблю исследовать и находить подтверждения или опровержения уже доказанным фактам.
На уроке географии я узнала о том, что самая ранняя теория о шарообразности Земли была выдвинута в VI веке до н. э. в Греции, но нет никаких сведений о том, как она была открыта. Возможно, она была сформулирована в пифагорейской школе.
Философ Аристотель привёл три примера для доказательства шарообразности Земли:
Чем дальше вы идёте на север, тем выше Полярная звезда. На юге видны звёзды, которые не видны на севере.
Созвездия на экваторе находятся высоко.
Тень Земли во время лунного затмения круглая.
В наши дни, например, окружность Земли можно измерить с помощью измерительной аппаратуры и спутников. Но можно и не изобретать никаких сложных инструментов, как это сделал Эратосфен более 2000 лет назад. Он вычислил размеры Земли, не покидая стен библиотеки, где работал. Каждый человек знает о том, что Земля имеет шарообразную форму, и это доказанный факт. Но не каждый из нас сможет это объяснить, а уж тем более совершить кругосветное путешествие или слетать в космос. Вот и мне захотелось исследовать форму нашей планеты.
Объект исследования: планета Земля
Предмет исследования: форма планеты Земля
Гипотеза: Земля имеет сложную форму.
Цель: доказательство того, что Земля не плоская, а имеет форму шара.
Задачи:
1.Собрать доказательства шарообразности Земли.
2.Выяснить истинную форму Земли.
3. Провести эксперименты в пользу шарообразности Земли.
4.Сделать вывод по результатам исследования.
Методы: проблемно-поисковый, исследовательский, сравнительно-описательный.
Основная часть
1. Как раньше представляли Землю
На Руси считали, что Земля плоская и держится на трех китах, которые плавают в безбрежном всемирном океане.
Древние греки представляли Землю как выпуклый диск. Сушу со всех сторон омывает река Океан. Над Землей раскинулся медный небосвод, по которому движется Солнце.
Египтяне считали, что Земля – это лежащий бог, из тела которого растут деревья и цветы, а небо – это наклонившаяся богиня, звёзды – драгоценности на её платье. Древние индейцы считали, что Земля - это полушарие, которую держат четыре слона, стоящие на огромной черепахе[4].
Доказательства шарообразности Земли
Людей давно интересовал вопрос о форме Земли. Истоки идеи о шарообразной форме Земли неразрывно связаны с учением Пифагора и его последователей – пифагорейцев: впервые в истории человеческой мысли логически последовательно проводилась идея шарообразности Земли и симметрично устроенных сфер, из которых состоит космос.
Аристотелем и его последователями была доказана шарообразность Земли, что сыграло значительную роль в становлении географии как определенной системы знаний.
Эратосфен рассматривал шарообразность Земли, понимая, что только научное доказательство истинной формы планеты может стать необходимым фундаментом географии. Кстати, Эратосфен впервые ввел термин «география» вместо ранее употребляемых. [4]
Убедиться в выпуклости Земли можно, наблюдая, как скрываются или появляются высокие предметы на той линии, где небо будто сходится с земной поверхностью, то есть на линии горизонта. Холмы, леса, горы скрывают её от нас. Но на море линия горизонта отчётливо видна. Вот почему мореплаватели первыми заметили, что земная поверхность выпуклая.
Приближаясь к берегу, они видели, что сначала показывались только верхушки гор, а по мере приближения к ним горы как бы вырастали на глазах, пока не становилось видным их подножие.
Удаляясь от берега, наблюдалось обратное – горы как бы погружались в море: сначала исчезали из виду их подножие и строение на берегу, а затем скрывались из глаз и вершины.
Если бы Земля была плоской, горы не исчезали бы из виду, а лишь становились бы по мере удаления от них всё меньше. Их можно было бы видеть за сотни километров с такой же легкостью, как мы видим за сотни метров обычные дома или какие-либо возвышенности. В действительности же, когда гора скроется за горизонтом, её нельзя увидеть даже в самую сильную зрительную трубу. Но, если подняться на высокое место, то скрывшийся за горизонтом корабль можно снова увидеть. Взбираясь на высокие места (ими могут быть даже крыши домов, вышки), можно заметить, что горизонт как бы расширяется.
Расширение горизонта – одно из доказательств выпуклости земной поверхности: если бы Земля была плоской, это явления не наблюдалось бы.[5]
Такие наблюдения показывают, что земная поверхность везде – на суше и на море – выпуклая.
Следующее доказательство появилось в эпоху Великих географических открытий, во время путешествия испанского мореплавателя Фернана Магеллана в 1519-1522 годах. Плывя всё время на запад, он пересек Атлантический океан, обогнул Южную Америку через пролив, названный его именем, и вышел в Тихий океан. Плывя в одном направлении, эскадра пересекла Индийский океан и через мыс Доброй Надежды вышла в Атлантический, то есть совершилось плавание вокруг земного шара. [6]
Правда, кругосветное путешествие еще не доказывает шарообразности Земли. Если бы она имела форму, подобную кабачку или огурцу, её тоже можно было бы объехать вокруг.
Доказательством служит круговая линия горизонта. Если бы Земля не была по своей форме близка к шару, то горизонт не был бы в форме правильного круга.
Это доказательство позволило немецкому ученому Мартину Бехайму в ХV веке построить модель земного шара – глобус.
Современным доказательством являются фотоснимки Земли из космоса.
И, конечно же, первый человек, увидевший всю Землю целиком - Юрий Алексеевич Гагарин. - «Я вижу Землю! Она так прекрасна!» - это были первые слова человека, нашего соотечественника прозвучавшие в космосе. На своём дистанционно-управляемом корабле Восток-1, летевшим со скоростью 27400 км/час, он поднялся на высоту 320 км и совершил один оборот вокруг Земли за 108 минут. Его глазами всё человечество впервые увидело Землю из космоса. [7]
Исследование
При движении прибора Теллурий, видна шарообразность Земли и ее вращение вокруг Солнца. Можно наблюдать освещенность планеты и смены времен года. Выводы: вращение Земли вокруг своей оси приводит к смене дня и ночи, возникновению приливов и отливов, а вращение вокруг Солнца – к смене времён года. Приложение 1.
Доказательством шарообразности Земли является вид тени Земли, которую можно увидеть в полнолуние, когда Земля находится между Солнцем и Луной. Освещаемая Солнцем, она отбрасывает в пространство тень, которая может упасть на Луну. Тогда происходит полное или частичное лунное затмение: земная тень надвигается на светлый диск полной Луны, а край земной тени всегда круглый. Такое явление можно наблюдать 1-2 раза в год. 10 января 2020 года произойдёт первое в этом году, всего их будет 6. Во время затмения (даже полного) Луна не исчезает полностью, а становится тёмно-красной. Это объясняется тем, что Луна даже в фазе полного затмения продолжает освещаться. Приложение 2.
На уроках географии я узнала, что если у нас в северном полушарии сейчас зима, то в южном – лето. Значит, и другие явления могут быть противоположны. Опытным путём я посмотрела: если сливать воду из раковины или пластиковой бутылки, то она закручивается в воронку против часовой стрелки, следовательно, в южном полушарии – по часовой.
Вывод: Земля вращается с запад на восток, поэтому возникает сила
которая отклоняет все тела, а значит и воду. Известен такой факт (закон Бэра), что реки северного полушария размывают правый берег, а южного – левый. Приложение 3.
Данным экспериментом я доказываю, что Земля не имеет форму шара. Изготовила прибор, который демонстрирует центробежную силу, сделала упругую модель Земли, которая может сжиматься и разжиматься, такими же свойствами обладает и наша планета в космическом масштабе. Я начинаю вращать сферу, возникают центробежные силы относительно оси вращения, сфера становится эллипсом. Вращение Земли вокруг своей оси заставляет её сплющиваться у полюсов так, что все точки на экваторе находятся на 21 км дальше от центра, чем на полюсах. Форма Земли получила самостоятельное название – геоид.
Вывод: Если бы мы могли ускорить время вращения то, есть продолжительность суток, то Земля была бы ещё более уплощена. Приложение 4.
Чтобы подтвердить проделанный опыт я сделала ещё один, который доказывает уплощение Земли. Я взяла спирт и воду, смешала, так чтобы плотность смеси равнялась плотности растительного масла (чтобы растительное масло не всплывало и не тонуло в нем). Налила смесь в ёмкость и капнула масло, капля превратилась в шарик. Для шарика создала условия невесомости. Затем осторожно ввела в масляный шарик легкую вертушечку из бумаги. Постепенно начала поворачивать вертушку, масляный шарик тоже начал вращаться, я заметила, чем быстрее он вращается, тем больше сплющивается вдоль своей оси.
Вывод: Сплюснутость Земли является следствием ее вращения.
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. Приложение 5.
Заключение
Изучив литературу по данной теме, я узнала, что многие явления и процессы на Земле вполне объяснимы, если нашу планету рассматривать как космическое тело. Смена дня и ночи, чередование времен года, приливы и отливы и другие важные для человека природные события объяснимы только исходя из космической природы планеты Земля. Именно это оказывает человеку множество практических услуг. Мореплаватель в открытом море не имел других ориентиров, кроме небесных светил, земледельцу они указывали сроки сезонов, связанных с сельскохозяйственными работами, всем людям давали ясные и надёжные способы счёта времени.
Изучение того, что происходит в космосе, помогает людям на Земле принимать необходимые меры по сохранению жизни сегодня. С помощью космических аппаратов, запускаемых с Земли, можно не только наблюдать за процессами, которые происходят на нашей планете, но и своевременно принимать необходимые меры. Например, можно заранее предупредить о некоторых природных явлениях: сильных ураганах, наводнениях, магнитных бурях и других.
Для изучения и использования космоса человечество постоянно изобретает и запускает в космос всё новые и новые космические аппараты. Сегодня в космосе находятся огромное количество искусственных спутников, с помощью которых на Земле осуществляется телевизионная, телефонная и радио связь.
Запущенные с Земли космические корабли направлены к различным планетам Солнечной системы.
Изучая процессы, происходящие в космосе, учёные делают прогнозы развития климата на Земле, а экологи разрабатывают мероприятия по сохранению природы.
Я пришла к выводу, что наша планета имеет сложное строение, а точнее не имеет правильной геометрической формы. Фигура Земли получила название геоид. Принято считать, что по форме Земля близка к эллипсоиду, получающемуся при вращении эллипса вокруг малой оси.
Конечно, исследовать планету, находясь на ней - сложно, так как она обладает огромными размерами. Но в космическом пространстве – это маленькая его частичка, которая мало изучена и исследована. Приложение 6.
Практическая значимость: Материал исследовательской работы может быть использован на уроках географии и во внеурочной деятельности.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
В. Цветков «Полная энциклопедия» / Эксмодетство/ Москва/2017 – 246с.
С.В. Житомирский, М.О. Лукьянов, Н.Н. Малофеева «Первая энциклопедия школьника» /Росмэн/Москва/2013- 256 с.
https://cosmosplanet.ru/solnechnayasistema/zemlya/zemlya-opisanie.html
И.И. Баринова, А.А. Плешаков, Н.И. Сонин /Дрофа/Москва/2014 – 140 с.
http://www.hintfox.com/article/vse-dokazatelstva-sharoobraznosti-zemli.html
Ю. Амченков «Атлас географических открытий»/Москва/Махаон/2018 -272 с.
https://russia-reborn.ru/news/profile/1804759.html
Приложение 1.
Приложение 2.
П риложение 3.
Приложение 4. (видео)
Приложение 5.
Вид сверху вид сбоку
Результат вращения
Приложение 6. (видео)
14