луна не падает на землю потому что
Почему Луна не падает на Землю
Когда рождается ребенок, родителям порой приходится изловчаться, чтобы давать малышу ответы на очевидные вопросы. Замечательный возраст почемучки заставляет вспомнить, из-за чего трава зеленая, а небо синее. На самом деле, вполне понятные вещи иногда вызывают ступор у мамы и папы. Поэтому нередко приходится искать информацию в интернете. В статье ответим на вопрос, что такое Луна и почему она не падает на Землю.
Научное объяснение
Для лучшего понимания можно представить мячик на веревке. Если раскрутить его, то он будет описывать определенную траекторию, пока рука придает ему ускорение. Такой механизм движения объясняется центробежной силой. Она же воздействует и на Луну. Только вместо своеобразной руки выступает гравитация Земли. С одной стороны – вращающаяся сила заставляет спутник двигаться по направлению к планете, а с другой – центробежная, которая не дает Луне приблизиться к источнику гравитации.
Если вернуться к эксперименту, то при сбавлении оборотов мячик рано или поздно перестанет двигаться. Поэтому, если случится так, что гравитация планет нарушится, наверняка Луна упадет на Землю.
Законы физики действуют не только на планету, но и на все космические тела во Вселенной. Словно часовые механизмы элементы Млечного Пути, двигаются в соответствии с регулирующими силами. Нарушить это может только какой-то крупный объект, который способен столкнуть небесное тело с привычной орбиты.
В таком случае можно было бы бояться, что траектория движения будет сбита и Луна начнет приближаться к Земле. Но, как доказывают ученые, коллапса все равно не произойдет. Опыты и наблюдения показывают, что даже в случае такой внезапной ситуации, потерявшее орбиту космическое тело, спустя некоторое время опять начнет двигаться эллиптически.
Краткий и понятный ответ для ребенка
Дети младшего школьного возраста еще не изучают физику в школе и навряд ли поймут такое научное объяснение. Оперировать сложными понятиями все равно, что пытаться общаться на китайском языке. Для того, чтобы максимально понятно дать ответ на вопрос, почему спутник Земли не падает, можно прибегнуть к небольшому опыту: взять камень и просто подкинуть его.
Несколько секунд потребуется, чтобы он упал на землю. Следом, нужно запустить его не вертикально, а горизонтально. Ребенок увидит, что камень все равно падает, но спустя некоторое время. Причем, чем с большей силой выбрасывать руку, тем больше времени требуется на то, чтобы предмет опустился вниз.
А теперь нужно представить, что скорость камня практически равна скорости движения Земли вокруг своей оси. Если было бы возможно придать такое ускорение предмету, то он всегда летел бы по направлению к планете, а она, в свою очередь, с такой же скоростью от него отдалялась.
Луна не падает на землю потому что действуют центробежная сила и сила гравитации. Все космические тела, включая Солнце взаимозависимы и притягиваются друг к другу. В то же время, они всегда стараются догнать планету, которая обеспечивает гравитационное поле. Но из-за того, что действует центробежная сила, столкновения никогда не случится.
Луна крутится вокруг Земли, а Земля в свою очередь вокруг своей оси, поэтому день на планете сменяет ночь и наоборот. А вот у Юпитера так спутников целых 67. И движения каждого из них уравновешивается гравитационной силой планеты. И даже, если газовый гигант потеряет десяток Лун, оставшиеся перестроятся и будут продолжаться крутиться по измененным орбитам.
Видео в тему
Почему Луна не падает на Землю?
Земля очень велика, и гравитация у нее огромная. Земля притягивает к себе все вокруг. Почему же тогда Луна, которая меньше Земли, не падает, а продолжает вращаться вокруг земного шара по орбите? В некотором смысле она падает — просто «промахивается», объясняют ученые изданию Forskning.
Из-за силы тяготения у нас все норовит упасть на землю. Так почему же в нас никак не врежется Луна?
Благодаря гравитации мы крепко стоим ногами на земле.
Эта немного загадочная сила придает вещам вес. Вот почему мяч падает обратно, как бы высоко вы его ни подбросили.
У больших объектов гравитация больше, чем у маленьких. Но, например, гравитация планеты по мере удаления от нее все больше ослабевает.
Земля очень велика, и гравитация у нее огромная. Именно благодаря этому вокруг нее и держатся газы нашей атмосферы, и нам есть чем дышать. Благодаря силе притяжения Земли вы можете подпрыгнуть и не улететь при этом невесть куда. В большинстве случаев вы просто снова приземляетесь на ноги.
Земля притягивает к себе все вокруг.
Почему же тогда Луна, которая меньше Земли, продолжает вращаться вокруг земного шара по маршруту, который мы называем орбитой? Разве она не должна была упасть на Землю так же, как мы после прыжка?
Луна падает на Землю, просто промахивается
На самом-то деле Луна и правда все время свободно падает на Землю. Просто она постоянно промахивается.
Ученый Исаак Ньютон первым сообразил, что одна и та же сила заставляет и яблоки падать на землю, и луны с планетами вращаться по орбитам.
Он провел мысленный эксперимент.
Если вы возьмете камень и отпустите его, он упадет прямо вниз. Если вы бросите камень перед собой, из-за силы тяжести он все равно упадет на землю. Но в этом случае он будет лететь не только вниз, но и вперед. Он будет падать по дуге.
Представьте себе очень высокую гору. Вы стреляете с нее из пушки, ядро летит далеко вперед и в конце концов падает на землю.
А еще можно представить себе фантастическую пушку, которая стреляет с просто ужасающей силой. Ядро улетает очень далеко вперед по очень слабой дуге. Да и Земля под ней изгибается, ведь она круглая.
Если пушечное ядро будет лететь с достаточно большой скоростью, оно никогда не упадет на поверхность из-за изгиба Земли.
Таким образом пушечное ядро окажется на орбите вокруг Земли.
Не падает, потому что мы идем на хорошей скорости
А что произойдет, если выстрелить пушечным ядром с еще большей силой и разогнать его до еще большей скорости?
Оно вырвется из зоны действия гравитации Земли и продолжит свой путь в космос.
Луну на ее орбите удерживает сочетание расстояния от Земли и ее скорости, пишет Европейское космическое агентство.
Точно так же и Земля вращается вокруг Солнца. Ее скорость составляет 108 тысяч километров в час. Это очень много. Благодаря скорости Земли мы и движемся по стабильной орбите.
«Если бы Земля внезапно остановилась, она бы упала прямо на Солнце», — рассказывал профессор Кафедры теоретической астрофизики в Университете Осло Вигго Ханстеен (Viggo Hansteen) ранее в Forskning.
Спутники вокруг земли
Знания об орбитах и гравитации очень важны для отправки в космос искусственных спутников. Спутники — это космические аппараты, которые вращаются вокруг Земли. Благодаря им мы можем фотографировать Землю, пользоваться мобильными телефонами и много чего еще.
Спутники должны вращаться вокруг Земли, а не уходить в открытый космос или падать обратно на поверхность нашей планеты.
Те, кто запускает спутники в космос, должны проделать много расчетов, чтобы космический аппарат набрал на высоте правильную скорость. По данным британского Института физики (IOP), только так они могут оказаться на орбите.
Международная космическая станция также вращается вокруг Земли. Там живут астронавты. Хотя они находятся достаточно близко от Земли, чтобы подвергаться сильному воздействию ее гравитации, они испытывают невесомость. Все потому, что они вместе с космической станцией фактически оказались в ловушке свободного падения вокруг Земли, как и Луна.
Другой взгляд на гравитацию
Но что же такое гравитация на самом деле?
Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что гравитация вовсе не притягивает предметы друг к другу.
На самом деле тяжелые объекты искривляют пространство вокруг себя. Если упростить, можно представить себе, как тяжелый большой шар прогибает под собой ткань батута. Запустите рядом маленький шарик, и он начнет кататься вокруг большого как планета вокруг звезды.
Маленький шарик замедляется из-за трения о воздух и ткань, и потому в конце концов скатывается к центру. Но в космосе такого не произойдет.
Можно сказать, что планеты на самом деле движутся прямо — а вот пространство искривлено.
Почему Луна не падает на землю?
Планета обитания всего живого, на которой мы с вами существуем, называется Землей. Она имеет спутник, именуемый Луной.
Между Луной и Землей особые взаимоотношения. Да-да, существует связь согласно законам Всемирного Тяготения.
Смотря на вечернее небо, мы наблюдаем за красотами близко расположенной Луны, ее обликов и тайн. Невольно напрашиваются мысли: почему Луна не падает на Землю, благодаря чему она держится на небосводе?
Материи, субстанции, метеоры, метеориты, планеты, спутники, орбиты и т.д. подчинены Всемирному Тяготению. Притяжение тел происходит с равной силой, которая прямо пропорциональна их массам, умноженным друг на друга, и обратно пропорциональна «квадрату расстояний меж ними». То есть: Луна находится в постоянном притяжении к нашей планете, но при этом они никогда не сталкивались.
Почему Луна не сталкивается с Землей и не падает на Землю?
Лунное движение подчинено эллиптической орбите. Существуют моменты близкого нахождения и крайне дальнего. Но из-за того, что Луна постоянно движется, силы гравитации не дают ей упасть.
Для лучшего понятия приведем пример: возьмите тяжелый небольшой шарик, привяжите к нему веревку. Сделайте взмах шаром вокруг своей головы (только аккуратно, не навредив себе), покрутите шар. Как видно, во время движения шару не дает упасть ее скорость.
В данном случае: шар – это Луна, ваша голова – Земля. Хорошее сходство, не правда ли? Масса спутника в 80 раз меньше массы Земли. Но космические тела активно влияют друг на друга.
Как влияет Луна на Землю?
Моменты полнолуния, новолуния отражаются на биологических процессах живых существ: людей, растений и животных. В такие дни возможны приливы жара, и наоборот – холода, смена настроения, перепады артериального давления. Сила Земли из-за большой гравитационной силы приводит к повороту Луны в одну сторону. Удивительная связь между планетой и ее спутником из-за которой «Луна не падает на Землю».
Почему луна движется по небу, но не падает на Землю?
Известно, что мелкие космические объекты (астероиды и некоторые кометы), попав в поле притяжения нашей планеты, безудержно летят на ее поверхность с ускорением (сгорая в плотных слоях атмосферы). Но почему луна не падает? Давайте подробно разберемся в причинах того астрофизического обстоятельства, из-за которого данное тело стало вечным спутником Земли.
Что удерживает луну в небе?
Для начала обратите внимание, что вращающийся крупный объект всегда притягивает к себе очень маленькие. Достаточно пронаблюдать за перышками или пылинками (куда они летят?).
Луна не настолько мала и легка, чтобы выступать по отношению к нашей планете «пылинкой». Ее вес (основанный на космических, а не земных законах) меньше веса нашей планеты в 6 раз. А ее объем меньше земного всего в 50 раз. Конечно, мимо Земли она уже не пролетит (оказавшись в зоне действия орбитальных законов). Но и падать на ее грунт не сможет.
Дело в том, что центробежные силы, возникшие при рождении нашего спутника, а также порядочный вес Луны породил у нее орбитальную скорость, превышающую первую космическую.
Что это значит? То, что ночная планета не устремится вниз пока не снизит скорость, изначально появившуюся у ней в момент знакомства с нашей орбитой. Обратите внимание, что во время представления в круглом здании (цирке) мотоциклист, разгоняясь до определенной скорости по кругу, запросто заезжает на вертикальную поверхность круговой стены и не падает оттуда. Все дело в силах, возникших во время такого движения и именно на таком разгоне.
Однако скорость движения Луны изначально была не настолько велика, чтобы избавиться от пут земной гравитации (тех, что действуют конкретно на орбите, а не у нас – в атмосфере). Планета застряла, не в силах покинуть орбиту ни в одном из направлений. Ни в сторону земного грунта, ни в сторону дальнего космоса. Это теперь вечный спутник (иной термин «сателлит»).
Скорость направлена строго перпендикулярно радиусу того самого вращения. Такая вот патовая ситуация. Мог бы этот шар все-таки уйти на свободу? Только, если его притянет более тяжелая масса, чем наш родной планетоид. Или если ее что-то ее разгонит (огромный движок, к примеру).
Разобравшись, почему луна не падает на Землю, попробуем понять причины падения на нашу поверхность всех прочих космических «странников». Этому посвящена последняя глава статьи.
Почему другие небесные тела иногда падают на Землю?
А вот для пролетающих тел, имеющих намного меньшую массу, чем Луна (астероидов и болидов), закон земного притяжения вступает в полную силу. Все зависит от размера расстояния, на котором объект проходит мимо нашего «космического дома». Если на большом, то сила Земли лишь исказит направление движения. А если на малом? Тела «засасывает» вниз также быстро как предмет, сброшенный без парашюта с самолета. А в зоне гравитации масса играет другую роль (больший вес, наоборот, служит тому, чтобы объект летел к грунту с выраженным ускорением). Самое интересное! Привычный для людей «низ» становится низом для странствующего тела лишь тогда, когда он оказался в зоне действия земной гравитации. А в невесомости низа и верха нет.
В конце расскажем про еще один «лунный» факт. Периоды вращения Земли и луны вокруг своей оси невероятным образом совпали (ученые до сих пор не могут понять такой точности в природе). Из-за этого мы можем наблюдать всего одну сторону земного спутника. Но еще 9 % ее площади нам заметны благодаря эффекту либрации (небольшого колебания искомого космического тела).
Почему Луна не падает на Землю
— Я вижу, ты о чем-то глубоко задумался, — сказал Папа Карло, обращаясь к Буратино. Папа Карло отряхнул стружки с фартука, отошел от верстака и склонился над столом, за которым Буратино делал уроки.
— Ты ничего не пишешь. Что так занимает твои мысли?
— Да вот никак не могу осознать, почему это Луна на Землю не падает. Висит она наверху, как яблоко, а вниз не падает, — ответил Буратино.
— Так, вопрос интересный. А не удивляет ли тебя, что Луна от Земли никуда не улетает?
— А почему это она должна улетать? — оживился Буратино. Сколько живу, ничего подобного не видел, ничто от Земли никогда не улетает. А падает все, что ни возьми: учебник со стола, яблоко с яблони, черепица с крыши. Камень, брошенный в море, опускается на дно. Даже легкая пыль, поднятая повозкой, и та со временем осаждается на дороге. Чтоб от Земли улететь — это надо постоянно крыльями махать. А в космосе воздуха нет, там и махать бесполезно — не от чего оттолкнуться. Так что с моим вопросом твой вопрос никак не связан.
— Что ж, давай рассуждать. Луна вращается вокруг Земли. Так?
— Конечно. Есть полная луна, есть ночи безлунные, это все из-за вращения Луны вокруг Земли.
— А что известно о параметрах траектории Луны?
— Один оборот Луна совершает примерно за 28 суток, радиус лунной орбиты около 380 000 км, и, следовательно, Луна движется по своей орбите с линейной скоростью, — Буратино взял в руки карандаш, — вот:
— примерно 1 километр в секунду.
— А теперь давай построим модель движения по окружности, — предложил Папа Карло. Он взял кусок фанеры, в центре его сделал отверстие, в которое снизу поместил гвоздь. На него он накинул легкое проволочное кольцо и привязал к нему тонкую нить, конец которой пропустил через небольшой деревянный шарик, заготовленный им для этажерки. Щелчок — и шарик закрутился вокруг гвоздя по окружности, удерживаемый силой натяжения нити.
— А что произойдет, если нить внезапно порвется, как будет двигаться шарик дальше? — задал вопрос Папа Карло.
— Ну, шарик покатится по инерции, а нить, как хвост, потянется за ним. — начал Буратино.
— Покатится — да, но как и куда? Конечно, тут можно подумать, но мы проведем эксперимент. Принеси-ка из песочницы во дворе немного песка, — попросил Папа Карло.
Через минуту песок был тут как тут, и Папа Карло тонким слоем нанес его на фанеру. Теперь от движущегося шарика на песке оставался тонкий круговой след. Папа Карло еще раз закрутил шарик и затем вынул гвоздь. Освобожденный шарик покатился по фанерному листу, оставляя за собой на песке прямолинейный след.
— Присмотрись, как след от шарика связан с окружностью, — предложил Папа Карло. — Этот прямолинейный след — часть касательной к окружности. Если тело движется по окружности, то его скорость всегда направлена по касательной к этой окружности. Можно сказать, что тело хочет улететь по направлению касательной или вдоль касательной.
Скорость шарика на нити постоянно меняет свое направление. Так же меняет свое направление и скорость Луны. Ускорение Луны направлено к центру Земли (его называют центростремительным ускорением) и равно
Это ускорение создает сила взаимного тяготения Земли и Луны, равная
и его можно рассчитать так:
Разумеется, оба значения ускорения близки друг другу.
Замечательно и удивительно следующее. Для нашего шарика мы видим материальный объект, создающий силу, притягивающую шарик к центру вращения, — это нить. Она деформируется, растягивается, возникает сила натяжения. Только деформация мала, не так очевидна, как, скажем, в случае пружины. Но сила есть. А вот какая сила удерживает Луну на ее круговой орбите вокруг Земли? У нас нет никакого опыта, который мог бы продемонстрировать и объяснить это явление.
— Ты задумался о том, — продолжал Папа Карло, — почему Луна не падает на Землю. И тебя это удивляет. В действительности же она постоянно падает на Землю. Пожалуй, не менее удивительно то, что Луна не улетает от Земли. А не улетает она именно из-за притяжения к нашей планете.
В заключение заметим, что обычно говорят о вращении Луны вокруг Земли. Это не совсем точно. Проделаем такой опыт. На оси длиной L разместим два одинаковых колеса, которые могут свободно на ней вращаться. Поместим нашу модель на пол и закрутим в горизонтальной плоскости. Мы увидим, что оба колеса катятся по одной и той же окружности радиусом L/2. Оба колеса вращаются вокруг их общего центра масс. Так же вращаются и два небесных тела с равными массами.
Пусть теперь колеса имеют разные массы — например, вблизи одного колеса на оси закреплен дополнительный груз. В этом случае колеса катятся по разным окружностям. Тяжелое колесо — по малой окружности, легкое колесо — по большой. Радиусы этих окружностей обратно пропорциональны массам колес. Если одно колесо сделать очень тяжелым, то оно вращаться практически не будет и его траектория на полу превратится в точку. Нам будет казаться, что легкое колесо вращается вокруг тяжелого.
Так вот, масса Земли намного превосходит массу Луны, поэтому и говорят, что Луна вращается вокруг Земли.