Компьютерное моделирование на уроках физики

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10 ст.Советская Новокубанского района

Научно-практическая конференция

«Эврика»

Малой академии наук Кубани

Научный - исследовательский проект на тему:

Выполнил: Лебедев Владислав Александрович

Ученик 10 «А» класса

МОУСОШ №10

Руководитель: Назарян Ерванд Минасович

Учитель физики МОУСОШ №10

2009г

Падение астероида и его последствия

Лебедев Владислав Александрович

Россия, Краснодарский край, Новокубанский район, ст. Советская, муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10, 10 класс

Аннотация

Как много мы знаем о нашей планете Земля. Нам очень трудно представить всю её масштабность и сложность. В своей работе я постарался создать ситуацию падения астероидов разной массы на Землю и их возможные последствия. Данную модель можно применять как методический материал. Особенно модель необходима на уроках: физики, астрономии, географии и т.д. Модель приближена реальной и очень понравится учителям и детям.

Оглавление

- Введение 1-2

- Основная часть 3-8

- Заключение 9

- Литература 10

- Приложение 11-14

Объемная модель Солнечной системы

Лебедев Владислав Александрович

Россия, Краснодарский край, Новокубанский район, ст. Советская, муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10, 10 класс

Введение

Первое открытие, которое нужно совершить, это то, что существуют

вещи, которые стоит открывать.

Анатоль Франс

В своей работе я попытался сделать объемную модель падение астероида на Землю и его последствия применяя для эго программу «3D MAX» (см. Приложение I). Моя модель «многоразового» использования, которая не исчерпывается несколькими минутами внимательного просмотра. Особенное место уделяется выразительному, современному, четкому графическому исполнению и логичности изображения. Я хотел реализовать модель с большим количеством деталей и логических связей, которую интересно разглядывать. Модель выполняется, с одной стороны, как интересная для подростков познавательная, насыщенная объектами, а с другой - как вспомогательное учебное пособие, которое можно использовать на уроках физики, астрономии, географии, природоведения, математики и т.д.

Мною смоделированы 3 случая падения астероида на Землю. В зависимости от массы падающего объекта я сделал 3 различных этапа падения и последствий после столкновения астероида с нашей планетой.

Модель адресована подросткам и взрослым, всем кто хоть раз посмотрев на небо, задал себе вопрос: «А где я живу? Что такое космос?». Освоение космоса уже началось, и покорять космос придется тем, кто сейчас еще учится в школе. А освоение космоса лучше всего начать с нашей планеты…

Моя модель должна объединить разные области знаний, показывая их взаимосвязь. В работу хотелось бы вложить глубокую научную, мировоззренческую идею, о которой ребята должны будут догадаться, которая станет их собственным маленьким открытием – открытием принципа лежащего над научным знанием, т.е. метанаучное знание.

Падение астероида и его последствия

Лебедев Владислав Александрович

Россия, Краснодарский край, Новокубанский район, ст.Советская, муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10, 10 класс

Основная часть

Цель исследования

Изучить влияние небесных тел друг на друга и в частности на планету Земля.

Смоделировать 3 варианта падения астероидов на Землю и их последствие и применить ее в учебном процессе.

Методы исследования:

1. Изучить строение планеты Земля.

2.Рассмотреть соотношение скоростей и размеров астероидов, столкнувшихся с нашей планетой.

Падение астероидов и их последствия

Уже давно палеонтологи обнаружили, что на границе мелового и третичного периодов (около 65 млн.лет назад) произошло массовое вымирание динозавров, до того бывших безраздельными хозяевами на суше и на море. Вместе с ними тогда же вымерли и много других видов животных. Причину столь резкого и быстрого вымирания рептилий и других существ усматривали в каком-то катастрофическом явлении.

Падение Тунгусского метеорита имело не только локальное, но и глобальные последствия. Важнейшим из них было нарушение слоя озона, далее идут легкое помутнение атмосферы, образование окислов азота, световые аномалии и некоторое другие. Возникает вопрос: как часто на Землю могут падать тела такого масштаба? Соответствующие подсчеты провел Э.Эпик, получивший такой ответ: в среднем один раз в 20000 лет.

Но если тела, подобные по размерам Тунгусскому, могут падать на землю раз в 20000 лет, то через гораздо большие промежутки времени на нее могут падать еще более крупные тела – небольшие астероиды и ядра комет, размеры которых измеряются километрами. По подсчетам Эпика, увеличению массы тела в 10 раз соответствует увеличение интервала между столкновением с землей в 5-6 раз.

Тела диаметром около 2 км и массой около 1010т должны столкнуться с землей раз в 15 млн.лет, 10-километровые (массой свыше 1012т) – раз в 350млн.лет.

В результате практически мгновенного торможения при ударе вся кинетическая энергия переходит в тепло и происходит взрыв. Давление горячих газов, равное по всем направлениям, из-за различного сопротивления среды приведет к уплотнению пород под местом взрыва, к сжатию и раздвижению пород в боковых направлениях, сопровождаемому выбросами материи, к сильному дроблению и разрушению вещества верхних слоев и к выбросу его на большие расстояния и, наконец, к образованию блюдцеобразной выемки, т.е. кратера.

Даже при минимальной скорости в 11 км/с каждый грамм астероидного вещества несет кинетическую энергию порядка 6*1011эрг (около 60 кДж). Ее вполне достаточно, чтобы не только расплавить все астероидное вещество, но и разрушить межмолекулярные связи.

В истории Земли было не одно массовое вымирание организмов, а несколько. За последние 250млн.лет их было девять, с интервалом от 17 до 53 млн.лет, в среднем около 30млн.лет однако вероятность случайного столкновения с астероидом или ядром кометы намного меньше (одно столкновение раз в 250 млн.лет). Значит, была какая-то причина, усиливающая эту вероятность.

Согласно одной из гипотез, у Солнца есть невидимых спутник, звезда – белый карлик, обращающийся вокруг него по очень вытянутой траектории с периодом 26-28 млн. лет. В перигелии орбиты эта звезда (ее условно называют Немезида) возмущает однако комет Оорта, окружающее Солнечную систему на расстоянии около 40000 а.е. (6*1012км), и кометы этого облака могут устремиться в центральные части Солнечной системы, так что вероятность попадания их на землю резко увеличивается. Сейчас Немезида должна находиться афелия своей орбиты, и обнаружить ее не небе очень трудно.

Строение Солнечной системы

Современная наука располагает богатым материалом о физико-химической основе жизни, о путях, которые могли несколько миллиардов лет привести к возникновению примитивных организмов. В Солнечную систему входит Солнце, 9 больших планет вместе с их 34 спутниками, более 100 тысяч малых планет (астероидов) , порядка 10 в 11 степени комет, а также бесчисленное количество мелких, так называемых метеорных тел (поперечником от 100 метров до ничтожно малых пылинок) . Центральное положение в Солнечной системе занимает Солнце (см.Приложение II). Его масса приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в систему. Гравитационное притяжение солнца является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Среднее расстояние от Солнца до самой далекой от него псевдопланеты - Плутон 39,5 а. е., т.е. 6 миллиардов километров, что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звёзд.

Только некоторые кометы удаляются от Солнца на 100 тысяч а. е. и подвергаются воздействию притяжения звезд. Двигаясь в Галактике, Солнечная система время от времени пролетает сквозь межзвездные газопылевые облака. Вследствие крайней разреженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявиться только при небольшом поглощении и рассеянии солнечных лучей. Проявления этого эффекта в прошлой истории Земли пока не установлены. Все большие планеты - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и Плутон обращаются вокруг солнца в одном направлении (в направлении осевого вращения самого Солнца), по почти круговым орбитам, мало наклоненным друг к другу (и к солнечному экватору) . Плоскость земной орбиты - эклиптика принимается за основную плоскость при отсчёте наклонений орбит планет и других тел, обращающихся вокруг Солнца. Расстояния от планет до Солнца образуют закономерную последовательность - промежутки между соседними орбитами возрастают с удалением от Солнца. Эти закономерности движения планет в сочетании с делением их на две группы по физическим свойствам указывают на то, что Солнечная система не является случайным собранием космических тел, а возникла в едином процессе. Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между планетами, при которых они могли бы существенно изменять своё движение в результате взаимных притяжений. Это обеспечивает длительное существование планетной системы. Планеты вращаются так же вокруг своей оси, причём почти у всех планет, кроме Венеры и Урана, вращение происходит в том же направлении, что и их обращение вокруг Солнца. Чрезвычайно медленное вращение Венеры происходит в обратном направлении, а Уран вращается как бы лежа на боку. Большинство спутников обращаются вокруг своих планет в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планеты. Орбиты таких спутников обычно круговые и лежат вблизи плоскости экватора планеты, образуя уменьшенное подобие планетной системы. Таковы, например, система спутников Урана и система галилеевских спутников Юпитера. Обратными движениями обладают спутники, расположенные далеко от планеты. Сатурн, Юпитер и Уран кроме отдельных спутников заметных размеров имеют множество мелких спутников, как бы сливающихся в сплошные кольца. Эти спутники движутся по орбитам, настолько близко расположенным к планете, что её приливная сила не позволяет им объединиться в единое тело. Подавляющее большинство орбит ныне известных малых планет располагается в промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Все малые планеты обращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и большие планеты, но их орбиты, как правило, вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики.

Кометы движутся в основном по орбитам, близким к параболическим. Некоторые кометы обладают вытянутыми орбитами сравнительно небольших размеров - в десятки и сотни а. е. У этих комет, называемых периодическими, преобладают прямые движения, т.е. движения в направлении обращения планет.

Планеты делятся на две группы, отличающиеся по массе, химическому составу (это проявляется в различиях их плотности), скорости вращения и количеству спутников. Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, планеты Земной группы, невелики, состоят из плотного каменистого вещества и металлов. Планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - гораздо массивнее, состоят в основном из лёгких веществ и поэтому, несмотря на огромное давление в их недрах, имеют малую плотность (см.Приложение IV). У Юпитера и Сатурна главную долю их массы составляют водород и гелий. В них содержится так же до 20% каменистых веществ и легких соединений кислорода, углерода и азота, способных при низких температурах концентрироваться в льды. Недра планет и некоторых спутников находятся в раскалённом состоянии. У планет земной группы и спутников, вследствие малой теплопроводности наружных слоёв, внутреннее тепло очень медленно просачивается наружу и не оказывает заметного влияния на температуру поверхности. У планет-гигантов конвекция в их недрах приводит к заметному потоку тепла из недр, превосходящему поток, получаемый им от Солнца. Венера, Земля и Марс обладают атмосферами, состоящими из газов, выделившихся из их недр. У планет-гигантов атмосферы представляют собой непосредственное продолжение их недр: эти планеты не имеют твердой или жидкой поверхности. При погружении внутрь атмосферные газы постепенно переходят в конденсированное состояние. По химическому составу он близок к группе планет-гигантов, а по размерам к земной группе. Ядра комет по своему химическому составу родственны планетам-гигантам: они состоят из водяного льда и льдов различных газов с примесью каменистых веществ. Почти все малые планеты по своему современному составу относятся к каменистым планетам земной группы.

Сравнительно недавно открытый Хирон, движущийся в основном между орбитами Сатурна и Урана, вероятно, подобен ледяным ядрам комет и небольшим спутникам далёких от Солнца планет. Обломки малых планет, образующиеся при их столкновении друг с другом, иногда выпадают на Землю в виде метеоритов. У малых планет, именно вследствие их малых размеров, недра подогревались значительно меньше, чем у планет земной группы, и поэтому их вещество зачастую претерпело лишь небольшие изменения со времени их образования.

Измерения возраста метеоритов (по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада) показали, что они, а следовательно вся Солнечная система существует около 5 миллиардов лет. Этот возраст Солнечной системы находится в согласии с измерениями древнейших земных и лунных образцов.

Вывод

В ходе моей работы я изучил падение астероидов на Землю и их последствие для планеты и жизни на ней. И на основе полученных знаний построил объемную компьютерную модель Солнечной системы. На мой взгляд мне удалось разработать новый, красочный и очень интересный наглядный методический материал.

Падение астероида и его последствия

Лебедев Владислав Александрович

Россия, Краснодарский край, Новокубанский район, ст. Советская, муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10, 10 класс

Заключение

Как много мы знаем о нашей Солнечной системе. Нам очень трудно представить всю её масштабность и сложность. В своей работе мы постарался создать объемную модель нашей системы. В модели представлены планеты и их спутники. Каждая планета движется по своей орбите со своей скоростью. Без внимания не остался и пояс астероидов.

Каждый объект Солнечной системы можно приближать, останавливать движение, рассматривать с различных ракурсов и под любым углом. Все объекты детализированы, можно рассмотреть каждую деталь небесного тела.

Данную модель можно применять как наглядный методический материал. Особенно модель необходима на уроках: физики, астрономии, географии природоведения и т.д. Модель приближена реальной и очень понравится учащимся и учителям.

Рекомендации

Для того, чтобы не испытывать затруднений необходимо на компьютере установить программу «3D MAX». Для удобства начинающих пользователей к модели прелагается видео материал, который при просмотре можно остановить и если нужно приблизить.

Литература

1. Энциклопедический словарь юного астронома, М.: Педагогика, 1980 г (стр.45,52,55,86)

2. Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк., М: Просвещение, 1990 г (стр.12,76,5)

3. "Одиноки ли мы во вселенной? " Клушанцев П. В. Дет. лит., 1981 г (стр.7-9)

4. Поиски жизни в Солнечной системе: Пер. с англ. М.: Мир, 1988 г (стр.22,24,67)

5. Астрономия наших дней. Климишин М.А. М., ''Наука'', 1976г. (стр.89-90)

6. Метеоры, метеориты, метеориты. Бронштэн В.А. М., «Наука» ,1987г.(стр.153,45,75)

7. Астероиды или тернистые пути исследований. Симоненко А.Н. М., «Наука», 1985г. (стр.105,102-103)

Автор: Назарян Ерванд Минасович