реферат по физике. Введение 2стр Гравитационное поле, поле тяготение 2стр
 Скачать 30.24 Kb.
| Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |
Содержание: Гравитационное поле, поле тяготение 2стр Гравитационное поле земли 3стр Основные характеристики гравитационного поля 4.2 Потенциал гравитационного поля 6стр 4.3 Принцип суперпозиции гравитационных полей 7стр Заключение 11стр Список Литературы 12стр 1.Введение Гравитация- это тяготение, которое испытывают все материальные тела. Иными словами, гравитация – это невидимая сила, действующая между любыми телами во Вселенной. Термин «гравитация» в переводе с латинского означает «тяжесть». Согласно легенде, Закон всемирного притяжения был открыт Исааком Ньютоном после того, как на него с дерева упало яблоко. Явление гравитации наиболее полно описано Альбертом Эйнштейном в Общей теории относительности. Гравитационное притяжение любых тел зависит от их масс и расстояния между ними. Сила притяжения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Также гравитация может изменять скорость и направление движения тел. Вне зависимости от массы, гравитация придает всем телам одинаковое ускорение – 9, 81 м за секунду. 2. Гравитационное поле, поле тяготение Каждое тело (например, Земля) создает вокруг себя силовое поле — поле тяготения. Напряженность этого поля в любой его точке характеризует силу, которая действует на находящееся в этой точке другое тело. Если: g — напряженность гравитационного поля, F — гравитационная сила, действующая на тело массой m, m — масса тела в гравитационном поле, то Напряженность поля g представляет собой векторную величину, направление которой определяется направлением гравитационной силы F, а численное значение — формулой ускорения свободного падения. Напряженность гравитационного поля совпадает по величине, направлению и единицам измерения с ускорением свободного падения, хотя по своему физическому смыслу, это совершенно разные физические величины. В то время, как напряженность поля характеризует состояние пространства в данной точке, сила и ускорение появляются только тогда, когда в данной точке находится пробное тело. 3. Гравитационное поле Земли Гравитационное поле земли — силовое поле, обусловленное притяжением масс Земли и центробежной силой, которая возникает вследствие суточного вращения Земли; незначительно зависит также от притяжения Луны и Солнца и других небесных тел и масс земной атмосферы. Гравитационное поле Земли характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести и различными его производными. Потенциал имеет размерность м2•с-2, за единицу измерения первых производных потенциала (в т.ч. силы тяжести) в гравиметрии принят миллигал (мГал), равный 10-5 м•с-2, а для вторых производных — этвеш (Э, Е), равный 10-9•с-2. Значения основных характеристик гравитационного поля Земли: потенциал силы тяжести на уровне моря 62636830 м2•с-2; средняя сила тяжести на Земле 979,8 Гал; уменьшение средней силы тяжести от полюса к экватору 5200 мГал (в т.ч. за счёт суточного вращения Земли 3400 мГал); максимальная аномалия силы тяжести на Земле 660 мГал; нормальный вертикальный градиент силы тяжести 0,3086 мГал/м; максимальное уклонение отвеса на Земле 120"; диапазон периодических лунно-солнечных вариаций силы тяжести 0,4 мГал; возможная величина векового изменения силы тяжести <0,01 мГал/год. Часть потенциала силы тяжести, обусловленная только притяжением Земли, называют геопотенциалом. Для решения многих глобальных задач (изучение фигуры Земли, расчёт траекторий ИСЗ и др.) геопотенциал представляется в виде разложения по сферическим функциям. Вторые производные потенциала силы тяжести измеряются гравитационными градиентометрами и вариометрами. Существует несколько разложений геопотенциала, различающихся исходными наблюдательными данными и степенями разложений. Обычно гравитационное поле Земли представляют состоящим из 2 частей: нормальной и аномальной. Основная — нормальная часть поля соответствует схематизированной модели Земли в виде эллипсоида вращения (нормальная Земля). Она согласуется с реальной Землёй (совпадают центры масс, величины масс, угловые скорости и оси суточного вращения). Поверхность нормальной Земли считают уровенной, т.е. потенциал силы тяжести во всех её точках имеет одинаковое значение (см. геоид); сила тяжести направлена к ней по нормали и изменяется по простому закону. В гравиметрии широко используется международная формула нормальной силы тяжести: g(р) = 978049(1 + 0,0052884 sin2р — 0,0000059 sin22р), мГал. В CCCP и других социалистических странах в основном применяется формула Ф. Р. Гельмерта: g(р) = 978030(1 + 0,005302 sin2р — 0,000007 sin 22р), мГал. Из правых частей обеих формул вычитают 14 мГал для учёта ошибки в абсолютной силе тяжести, которая была установлена в результате многократных измерений абсолютной силы тяжести в разных местах. Выведены другие аналогичные формулы, в которых учитываются изменения нормальной силы тяжести вследствие трёхосности Земли, асимметричности её северного и южного полушарий и пр. Разность измеренной силы тяжести и нормальной называют аномалией силы тяжести (см. геофизическая аномалия). Аномальная часть гравитационного поля Земли по величине меньше, чем нормальная, и изменяется сложным образом. Поскольку положения Луны и Солнца относительно Земли изменяются, то происходит периодическая вариация гравитационного поля Земли. Это вызывает приливные деформации Земли, в т.ч. морские приливы. Существуют также неприливные изменения гравитационного поля Земли во времени, которые возникают из-за перераспределения масс в земных недрах, тектонических движений, землетрясений, извержения вулканов, перемещения водных и атмосферных масс, изменения угловой скорости и мгновенной оси суточного вращения Земли. Многие величины неприливных изменений гравитационного поля Земли не наблюдаются и оценены только теоретически. На основании гравитационного поля Земли определяется геоид, характеризующий гравиметрическую фигуру Земли, относительно которой задаются высоты физической поверхности Земли. Гравитационное поле Земли в совокупности с другими геофизическими данными используется для изучения модели радиального распределения плотности Земли. По нему делаются выводы о гидростатическом равновесном состоянии Земли и о связанных с этим напряжениях в её недрах. По наблюдениям приливных вариаций силы тяжести изучают упругие свойства Земли. Гравитационное поле Земли используется при расчёте орбит искусственных спутников Земли и траекторий движения ракет. По аномалиям гравитационного поля Земли изучают распределение плотностных неоднородностей в земной коре и верхней мантии, проводят тектоническое районирование, поиски месторождений полезных ископаемых (см. гравиметрическая разведка). Гравитационное поле Земли используется для вывода ряда фундаментальных постоянных геодезии, астрономии и геофизики. 4.Основные характеристики гравитационного поля 4.1 Напряженность гравитационного поля Напряженность гравитационного поля в данной точке пространства — это отношение силы, действующей на частицу, помещенную в данную точку, к массе частицы. Эта величина не зависит ни от массы частицы, ни от каких-либо других свойств частицы и характеризует именно гравитационное поле. Учитывая, что отношение силы к массе есть ускорение частицы, заключаем, что напряженность гравитационного поля в данной точке — это ускорение любой частицы, помещенной в данную точку поля. Пусть вектор g̅ представляет собой напряженность гравитационного поля. Полностью описать гравитационное поле — значит задать в каждой точке пространства вектор g̅. Таким образом, гравитационное поле описывается векторным полем g̅ = g̅(r̅, t̅). Если в точку r̅ поместить частицу массой m̅, то на нее будет действовать сила F̅ = mg̅(r̅), под действием которой частица приобретет ускорение a̅ = F̅ / m = g̅(r̅). Ускорение, как видим, в разных точках будет разным, но оно не зависит ни от каких свойств частицы! Это важное и уникальное свойство гравитационного взаимодействия. 4.2 Потенциал гравитационного поля Гравитацио́нный потенциа́л — Впервые понятие гравитационного потенциала ввёл в науку В современных теориях гравитации роль гравитационного потенциала обычно играют тензорные поля. Так, в стандартной в настоящее время теории гравитации — 4.3 Принцип суперпозиции гравитационных полей Принцип независимости действия сил для полей приводит к принципу их суперпозиции: гравитационное поле, создаваемое несколькими телами, равно геометрической сумме гравитационных полей, возбуждаемых этими телами в отдельности. Математически этот принцип выражается формулами: На основе этих формул можно вычислить гравитационное поле любого тела. Для этого надо мысленно разбить тело на малые части, и подсчитать характеристики поля. Гравитационное поле Земли является силовым полем, которое обусловлено притяжением ее массы и центробежной силой, возникающей как следствие вращения Земли. Гравитационное поле Земли: - зависит (хотя и в незначительной степени) от притяжения Луны, Солнца и прочих тел, а также массы земной атмосферы; -характеризуется силой тяжести, потенциалом и рядом различных производных (часть потенциала называют геопотенциалом - он обусловлен только притяжением Земли); - является основанием для определения геоида, который характеризует гравиметрическую фигуру Земли - по этой фигуре задаются высоты поверхности планеты; -по нему делают заключение о гидростатическом равновесном состоянии планеты и возникающих из-за этого напряжениях в её недрах, исследуют упругие свойства Земли; -помогает производить расчеты орбит искусственных спутников, траектории движения ракет; - аномалии поля помогают узнавать распределение неоднородностей по плотности в земной коре, верхней части мантии, проводить тектоническое районирование, искать полезные ископаемые. 5. Влияние гравитационного поля на окружающую среду Из курса физики известно, что любое физическое тело, находясь на наклонной поверхности, имеет свойство скатываться вниз. С этой точки зрения можно подойти и к рассмотрению гравитационного поля Земли, причем его положительные значения будут являться низом, а отрицательные - верхом, что как раз наоборот изображается на его графических изображениях. А физический смысл данного графика обратен, то есть зона притяжения или низ для физического тела является положительный максимум, а верх - отрицательный минимум. Таким образом, можно сказать, что территория находящаяся в районе положительного гравитационного поля является зоной консолидации, или иначе, зоной накопления, а территория входящая в зону отрицательного гравитационного поля - зоной выноса или иначе - зона разубоживания. Но, кроме этого, нужно еще учитывать, что гравитационное поле Земли не является постоянным, а все время изменяется под влиянием притяжения Луны, Солнца и планет Солнечной системы, т.е. все: тропосфера, атмосфера, моря, океаны, земная кора и подкорковая субстанция находятся под влиянием постоянно меняющегося гравитационного поля, причем их подвижность (т.е. ответная реакция) тем больше, чем меньше их плотность. Таким образом большая ответная реакция распределена следующим образом: тропосфера, атмосфера, моря, океаны, земная кора, и последнее - подкорковая субстанция. Исходя из вышеизложенного можно сделать следующий вывод, - что все перечисленные субстанции постоянно находятся в движении под влиянием меняющегося гравитационного поля в большей или меньшей степени, в зависимости от их плотности, а зная механизм, силу и направление изменения данного поля, можно достаточно уверенно долгосрочно прогнозировать различные природные явления, начиная от наводнений, наступления и отступления морей, а так же составлять прогнозы не только землетрясений а, и возможно метеоусловий. Одним из примеров прикладного использования данной теории может служить минимизация ущерба, наносящегося для жизнедеятельности человека, а так же окружающей среды, при проектировании производств производящих вредные выбросы, а так же хранилищ химических отходов. В первую очередь нужно иметь гравиметровую карту данного региона и выбирать под строительную площадку зону с наибольшими положительными значениями гравитационного поля «∆ g» (зона накопления), с учетом зоны распространения «шлейфа» (см. статью «Современные наукоемкие технологии» № 4 за 2004 г. «Особенности распределения зон загрязнения от действующих производств и мест захоронения вредных веществ»). Что касается разовых взрывов (выхлопов), как случилось на Чернобыльской АЭС, этот случай нужно рассматривать комплексно. В результате взрыва (взрывов) энергоблока на Чернобыльской АЭС в атмосферу под воздействием мощного импульса было выброшено большое количество радиоактивного вещества, состоящего из отдельных фрагментов (от материальных обломков до газообразного состояния). После прекращения действия энергии взрыва вся эта масса была расслоена по высоте и была подвержена различным физическим влияниям. Крупные и средние обломки строительных материалов опали в радиусе взрывного камуфлета, а крупнопылевая - в зоне ближнего заражения. Тонкодисперсная фракция распределилась по-ярусно, в соответствии, со своей плотностью. Нижний слой подверженный, как температурным влияниям, а следовательно и направлению ветров, а так же региональному распределению гравитационных аномалий, распространился по всем направлениям (север, юг, восток и запад), в зависимости от направления ветра, но в меньшей степени в южном направлении, вспять уменьшению гравитационного поля Земли. На восток и на запад без особого ограничения, так как эти направления являются равнопотенциальными. Большая часть распространилась в северном направлении - по направлению наибольшего роста гравитационного поля, осаждаясь постепенно (во всех перечисленных направлениях) в местах локальных (местных) положительных гравитационных аномалий. Верхний слой, внутри которого практически отсутствует температурная дифференциация, а следовательно и зависящие от него ветровые направления, двигался по градиентному гравитационному полю увеличивающемуся в северном направлении, что соответствует общим тенденциям данного поля в Северном полушарии Земли, постепенно осаждаясь под влиянием региональных аномалий гравитационного поля Земли. Таким образом зоны заражения достигли территорий Швеции, Финляндии и Норвегии, в противоположность южному направлению, где зона поражения ограничилась первыми сотнями километров. Кроме вышеперечисленного, изучение распределения гравитационного поля Земли, по-видимому, может помочь в решении выбора трасс, как трубопроводов различного назначения, так и проектирования линий метро. Нужно действовать по аналогии выбора трассы для прокладки дорог, т.е. «красной линии», или, иначе говоря, линий наименьших перепадов высот, а в данном случае - линии наименьших градиентов «∆g». Тем самым уменьшая нагрузку на конструкции минимизируя риски техногенных аварий, особо учитывая то, что нагрузки находятся в процессе постоянного изменения. Можно, так же, сделать предположение, что границы морей и океанов повторяют движение мантийной субстанции Земли, являясь его компенсатором в зеркальном отражении. Т.е. зная направление и силу влияния Лунно-Солнечного притяжения можно составить долгосрочный прогноз данного явления. Кроме этого используя знания о Лунно-Солнечном притяжении, можно рассчитывать пиковые значения приливно-отливных вариаций в определенных точках (участках) земной поверхности. Кстати говоря, в первом приближении, количественный расчет данного явления можно провести с использованием четырех действий арифметики без привлечения высшей математики имеющей, как правило, многовариантность решения. 6 Заключение По завершению данного реферата мы познакомились с основными понятиями гравитационного поля. Познакомились с понятием «гравитационного поля земли». С его главными характеристиками и формулами связанными с расчетами основных величин. Рассмотрели так же влияние гравитационного поля земли на окружающую среду, на урбанизацию расширение инфраструктуры городов (решение выбора трасс трубопроводов, постройки метро). Изучение гравитационного поля в будущем может послужить еще большую роль для человечества, ни только в пределах нашей планеты, но и так же за пределами, в космосе. Список Литературы: - - Дубошин Г. Н. Небесная механика. Основные задачи и методы / Глав. ред. физ.-мат. лит. — М.: Наука, 1968. - Жонголович И., Внешнее гравитационное поле Земли и фундаментальные постоянные, связанные с ним, «Тр. института теоретической астрономии», 1952 - Орлёнок Ю.А Учебник по геофизике., 2000 г.  перейти в каталог файлов | Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей |