Почему при движении вокруг Солнца Земля изменяет направление своей скорости?
Ответы на вопрос
Ответ
Коротко: потому что на движение Земли действует сила тяжести со стороны Солнце, эта сила направлена к Солнцу и вызывает ускорение, которое изменяет вектор скорости — в том числе её направление. Ниже подробнее и с пояснениями.
-
Что такое скорость и как она меняется
Скорость — это вектор: она имеет величину (модуль, т.е. «сколько км/с») и направление. Законы Ньютона говорят, что скорость тела меняется всякий раз, когда на тело действует ускорение. Ускорение — это скорость изменения вектора скорости. Следовательно, если на Землю действует ускорение, то меняется либо модуль скорости, либо её направление, либо и то, и другое. -
Почему действует ускорение (откуда сила)
Земля (Земля) притягивается Солнцем. Сила притяжения по закону всемирного тяготения:
,
где — гравитационная постоянная, — масса Солнца, — масса Земли, — расстояние между центрами. Под действием этой силы Земля получает ускорение к Солнцу:
. Это ускорение направлено радиально — всегда к Солнцу. -
Как это меняет направление скорости
Если на движущийся объект действует ускорение, направленное не точно по направлению его скорости, то ускорение имеет поперечную (перпендикулярную) составляющую, которая поворачивает вектор скорости. Представьте шарик на верёвке: если его крутить, натяжение верёвки тянет шарик к центру, и шарик движется по круговой траектории — его скорость всё время направлена по касательной, а сила тянет радиально, постоянно поворачивая направление скорости. Так же гравитация Солнца тянет Землю «вбок» относительно её мгновенного направления движения, из-за чего траектория изгибается и получается орбита. -
Круговая и эллиптическая орбиты — отличие в модуле скорости
-
Для идеально круговой орбиты ускорение всегда перпендикулярно скорости. Тогда сила не меняет модуль скорости, а только её направление. Условие центростремительного равновесия:
Скорость постоянна по величине, но её направление непрерывно поворачивается — Земля «обходит» Солнце. -
В реальности орбита Земли — почти эллипс. В эллиптической орбите ускорение всё ещё направлено к Солнцу, но расстояние меняется, поэтому и величина ускорения меняется. В результате у Земли меняются и направление, и скорость по модулю: ближе к Солнцу Земля движется чуть быстрее, дальше — чуть медленнее. Это объясняется законами сохранения (энергии и момента количества движения) и формулировкой законов Кеплера (вторая — закон равных площадей).
-
Интуиция и сохранение момента
Угловой момент сохраняется при центральных силах (силы, направленные к одному центру), поэтому вектор постоянен — это даёт геометрические свойства орбиты (Кеплеровские законы). Но даже при сохранении момента направление постоянно меняется, чтобы удовлетворять этому условию. -
Ещё одно простое объяснение (аналогии)
-
Машина на дороге: чтобы пройти поворот, нужно повернуть руль — получается боковая сила, которая меняет направление движения.
-
Мяч на верёвке: сила натяжения тянет к центру и заставляет мяч двигаться по кругу — направление скорости всё время меняется.
Итого: направление скорости Земли изменяется потому, что на Землю действует центростремительная сила гравитации Солнца, эта сила создаёт ускорение, направленное к Солнцу, и это ускорение поворачивает вектор скорости; при круговой орбите модуль скорости остаётся (практически) постоянным, при эллиптической — меняется и модуль, и направление.
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Другие предметы
Последние заданные вопросы в категории Другие предметы
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

