POHYBY ZEMĚ – OBĚH ZEMĚ OKOLO SLUNCE (revoluce)

Země jako jedna z devíti (10) planet Sluneční soustavy obíhá okolo Slunce. Oběžná dráha se nazývá orbita a má tvar elipsy v jejímž jednom ohnisku leží Slunce. Země se pohybuje kolem Slunce průměrnou rychlostí 30 kilometrů za sekundu. Rychlost Země se v jednotlivých místech oběžné dráhy mění. Z druhého Keplerova zákona vyplývá, že planety se v perihéliu (přísluní) pohybují rychleji než v aféliu (odsluní). Doba oběhu trvá jeden rok, tedy 365 dní (přesná doba tohoto oběhu je 365 dní 5 hod. a 49 min – tj. tropický rok ). Oběh Země okolo Slunce probíhá setrvačností a pod vlivem gravitační síly mezi těmito tělesy, kdy tuto závislost odvodil již Issac Newton.

Komplexnější pohled o oběhu Země okolo Slunce vám poskytne tento obrázek.

Dráha Země leží v rovině, které říkáme rovina ekliptiky. Tato rovina není totožná s rovinou zemského rovníku, ale svírá s ní úhel 66,5°. Země je přibližně koule, proto přísun slunečního záření není všude stejný. Odklon zemské osy od kolmice na rovinu oběhu Země navíc způsobuje, že množství dopadajícího záření se mění i v průběhu roku. Souhrn všech těchto skutečností má za následek střídání ročních období na Zemi a změnu délky dne a noci.

     

Úkoly:

Najděte odpovědi na následující otázky:
1/Země obíhá okolo Slunce po dráze, která se nazývá …......, ta leží v rovině...............Tvar dráhy oběhu je................., kdy Slunce leží v…............... této dráhy.

2/ Zemská osa svírá s rovinou oběhu úhel..........., to znamená, že od kolmice k této rovině je odkloněna o............... .

3/ Země obíhá po své dráze nerovnoměrnou rychlostí – v místě, kdy je od Slunce nejdál, tj …..............(datum) je rychlost oběhu …..................., průměrná rychlost je …..................., ta odpovídá průměrné vzdálenosti Země -Slunce , která je ….....................Této vzdálenosti říkáme 1 AU (astronomická jednotka).

4/ Délka jednotlivých ročních období je různá (spočítejte kolik dní každé z nich trvá). Najděte pro toto vysvětlení.

Z následujících tvrzení zvolte, která jsou celá správná:
1/ Na rovník dopadají sluneční paprsky po celý rok pod úhlem 90°, proto jsou tyto oblasti nejteplejší na Zemi

2/ Na Zemi existují místa, kde světlá část dne trvá 1 měsíc.

3/ V době jarní rovnodennosti je den i noc všude na Zemi stejně dlouhá, následně se budou prodlužovat dny na severní polokouli a to až do letního slunovratu.

4/ Na severním a jižním pólu se střídají pouze dvě roční období, polární den a polární noc, přičemž ke střídání dochází v době rovnodenností.

5/ Na počátku léta na severní polokouli se Země pohybuje nejpomaleji, sluneční paprsky dopadají kolmo v oblasti obratníku Kozoroha, dny jsou na severní polokouli nejdelší.

Keplerovy zákony
První Keplerův zákon
Planety se pohybují kolem Slunce po elipsách, které jsou málo odlišné od kružnic, v jejichž společném ohnisku je Slunce.

Druhý Keplerův zákon
Obsahy ploch opsaných průvodičem planety za jednotku času jsou konstantní.

Třetí Keplerův zákon
Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin hlavních poloos jejich trajektorií
                                                                T1²/T2² = a1³/a2³
kde a1, a2 jsou délky hlavních poloos a T1, T2 jsou jejich oběžné doby kolem Slunce.

Keplerovy zákony lze použít i pro popis dalších těles, které se pohybují v gravitačním poli Slunce, např. umělých družic.

Kepler Johanes

Johann Kepler se narodil 27. prosince 1571. V šesti letech pozoruje na obloze výraznou kometu a to v něm probouzí zájem o astronomii. O 11 let později dokončuje svá první studia na universitě v německém Töbingenu. V roce 1589 začíná tamtéž studovat filosofii, matematiku a astronomii na universitě. V roce 1594 opouští myšlenku stát se knězem a nastupuje jako učitel matematiky a astronomie v rakouském Štýrském Hradci, kde vytváří kalendář astrologických předpovědí pro rok 1595 (tvorbou tohoto kalendáře si vylepšoval svůj příjem). Roku 1596 vydává Mysterium cosmographicum (Záhady vesmíru). V roce 1600 se stává pomocníkem dánského astronoma Tychona Brahe (1546-1601). Po jeho smrti po něm Kepler přebírá jeho funkci dvorního matematika císaře Rudolfa II. V říjnu 1604 pozoruje supernovu, která je od té doby známa jako Keplerova nova. Vydal Astronomia nova (Nová astronomie, 1609), ve které najdeme první a druhý Keplerův zákon.
O dva roky později publikuje spis věnovaný optice a návrhu dalekohledů, Dioptrice. Roku 1617 vychází první tři knihy Keplerova sedmisvazkového díla Epitome astronomiae copernicanae (Souhrn koperníkovské astronomie). Je to systematický, velmi vlivný pohled na heliocentrický model. (Další svazky vycházejí v letech 1620-21). V knize Harmonia mundi (Harmonie světa, 1619), uvádí vztah, který je znám jako třetí Keplerův zákon. Roku 1627 dokončuje Tabulae rudolphinae (Rudolfínské tabulky), katalog 1005 hvězd. 15. listopadu 1630 v důsledku horečky na cestě do Řezna v Bavorsku umírá a o rok později vychází jeho sci-fi příběh Solemnium, který napsal o 20 let dříve. Popisuje sen o cestě na Měsíc.
Zpět

Issac Newton

Isaac Newton se narodil 4. ledna 1643 ve vesnici Woolsthorpe nedaleko Granthamu (asi 200 km severně od Londýna) v roce 1643. Do svých 11 let Isaac Newton navštěvoval vesnickou školu a od roku 1654 pak pokračoval ve studiu na King's school v Granthamu. Po čtyřech letech Newton školu opustil a vrátil se zpět ne vesnici, kde pomáhal matce živit své dva mladší sourozence. V roce 1661 začal Isaac Newton studovat univerzitu v Cambridgi.
Newton byl géniem v experimentování i matematice, a právě tato kombinace mu umožnila založit koperníkovský systém (Mikoláš Koperník) a novou mechaniku. Jeho metoda byla jednoduchá: na základě pohybových jevů prozkoumat přírodní síly a pak použít těchto sil k vysvětlení dalších jevů. Newtonova genialita ho vedla při výběru zkoumaných jevů a vytvoření nového a základního matematického prostředku - matematické analýzy (současně objevená Gottfriedem Leibnizem) - což mu umožnilo provádět výpočty s odvozenými silami. Výsledkem byla kniha Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematické základy přírodní filosofie), která byla vydána v r. 1687. Zde byla obsažena nová fyzika, použitelná stejně dobře pro pozemská i nebeská tělesa. Newtonova analýza sil dala za pravdu vědcům, jako byli např. Koperník, Kepler a Galilei.Isaac Newton zemřel 31. března 1727 ve věku 84 let.

Newtonův gravitační zákon
Newtonův gravitační zákon popisuje gravitační sílu s níž na sebe působí dvě tělesa:

Dvě tělesa na sebe působí silou, která je přímo úměrná součinu hmotností a nepřímo úměrná čtverci jejich vzdálenosti.

                                                                F = k . (m1 . m2) / r²
kde k - gravitační konstanta, m1, m2 - hmotnosti obou těles, r - vzdálenost jejich středů.

Newtonovy pohybové zákony
Tři Newtonovy pohybové zákony se týkají dynamiky těles (klasická mechanika):

1/ Každé těleso setrvává v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu, není-li vnějšími silami nuceno tento stav změnit.

2/ Časová změna hybnosti tělesa je úměrná působící síle a má s ní stejný směr.

3/ Vzájemné síly mezi dvěma tělesy mají vždy stejnou velikost a opačný směr.
Zpět

Tropický rok
Doba mezi dvěma po sobě následujícími průchody Slunce jarním bodem jako průsečíkem ekliptiky a nebeského rovníku na nebeské sféře, kdy nebeskou sféru si lze přestavit jako pomyslnou projekční plochu v nekonečné vzdálenosti,v jejímž středu stojí pozorovatel a na jejíž povrch jsou „umístěny – projektovány“ veškeré objekty ve vesmíru.
Zpět

Ekliptika
Zdánlivá dráha Slunce po nebeské sféře/ po obloze, v rovině ekliptiky je pak skutečná dráha Země.
Zpět