Масса Солнца
Очень часто ученики не могут понять, как определили массы планет и Солнца. При этом они соглашаются с тем, что расстояния до того или иного объекта можно измерить, можно измерить и линейные размеры, но вычислить массу космических тел считают невозможным. «Их, что на весах взвешивали, что ли?» — такой вопрос приходится очень часто слышать. Так как же, происходит «взвешивание» космических объектов? Оказывается, не так уж и сложно. Ученик средней школы может сам найти массу того же Солнца.
Вот ка это делается.
Известно, что Земля вращается вокруг Солнца по орбите с радиусом около 150 млн. км. период обращения составляет 1 год, или 365 суток = 365х24х3600 секунд, что примерно составляет: 31,5 млн. секунд.
Земля на орбите удерживается благодаря гравитационным силам по закону тяготения:
Так как Земля движется по окружности, следовательно, с центростремительным ускорением. Если наша планета движется с ускорением, значит, на нее действует сила по II закону Ньютона.
Это та самая сила, с которой Солнце и наша планета взаимодействуют, т.е. сила гравитации о котрой говорилось выше. Если это одна и та же сила, то мы можем приравнять правые части уравнений:
Делим обе части на массу земли
Отсюда можно выразить массу Солнца:
Найдем теперь центростремительное ускорение 
, где скорость определяется как равномерная. Напомню, что при равномерном движении по окружности, скорость изменяет только свое направление.
или для движения по окружности
Теперь можно вычислить скорость, а затем ускорение и уже после сможем найти массу Солнца, но мы подставим последние 3 формулы в выражения для определения массы сОлнца и получим:
Произведем подстановку и вычисления, учитывая, что R =150 млн. км В СИ составляет 1,5 • 10 11 м, находим, что масса Солнца составляет примерно 2•10 30 кг.
Вот таким образом, имея только школьные знания в области физики и математики, можно найти массу Солнца.
Источник
Как измерить массу Земли и массу Солнца?
Простая и надежная методика измерения массы космических тел — как узнать сколько весит Солнце, зная лишь силу притяжения между космическими телами
Как можно измерить вес (точнее, массу) Солнца, если даже реальный размер нашей “домашней звезды” настолько велик, что просто не укладывается в голове? Наверняка тут должен быть какой-то секрет… И подумав так, вы будете правы и не правы одновременно.
На первый взгляд, идея измерить массу Солнца, кажется фантастикой. На самом деле для этого не понадобится ничего, кроме простейших вычислений
С одной стороны, никакого секрета в деле измерения массы любого небесного тела сколько угодно большого размера, конечно же нет. С другой стороны, без определенных хитростей тут, конечно, не обойтись.
Давайте сразу условимся – говоря, что “нам нужно определить массу Солнца”, мы имеем ввиду “определить количество вещества входящего в состав Солнца”.
Для начала измерим массу Земли
Переформулировав задачу таким образом, мы сразу же получим зацепки ведущие к решению. Первым делом нам нужно определить величину силы притяжения возникающей между любыми двумя массами.
Принцип этого определения следующий:
Представьте себе очень при очень чувствительные равноплечие весы с двумя чашками. В каждой чашке (А и Б) пускай лежит некий груз имеющий совершенно одинаковую массу. Весы в таком случае, будут прибывать в полном равновесии.
Теперь мы берем третье тело (В) масса которого нам также известна, и помещаем его под тело А. Взаимное притяжение между А и В, ожидаемо заставляет чашку весов А опуститься вниз. Для сохранения равновесия нам срочно необходимо добавить к массе Б очень небольшую, но опять же вполне измеримую массу Г.
Как вычислить массу планеты Земля, не выходя из дома?
Вас может заинтересовать
А вот теперь самое интересное: поскольку сила, с которой вся Земля притягивает тело Г, равна взаимному притяжению между А и В, можно без труда определить массу Земли, которая оказывается равной 6,59 х 10 21 тонн.
А теперь измерим массу Солнца!
Земля по своей орбите движется примерно так, как если бы невидимая нить соединяла ее с Солнцем. Действительно, гравитационное притяжение подобно натяжению нити, так что Земля все время движется к Солнцу, вместо того чтобы «улететь» по прямой линии, что будет, если эта “нить” вдруг оборвется. Можно сказать, что, двигаясь вокруг Солнца, Земля все время «падает» на него.
Этому “падению” соответствует отклонение ее орбиты от прямой линии, составляющее около 3 мм в секунду. Еще со времен Галилея известно, что на поверхности Земли в первую секунду своего падения всякое тело проходит 4,9 м. Расстояния 3 мм и 4,9 м прямо пропорциональны соответствующим гравитационным ускорениям, т. е. силам, действующим на единичную
массу со стороны Солнца на расстоянии Земли и Земли на ее поверхности.
Отсюда, зная, что гравитационное ускорение прямо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от центра тела, можно легко вычислить, что масса Солнца в 329 390 раз больше массы Земли.
Воспользовавшись значением массы Земли, полученным выше, находим, что масса Солнца составляет 2.24 х 10 27 тонн. Полностью это немыслимое число можно записать, как 2 240 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн.
Влияние силы тяготения на движение Земли. Путь А-С представляет собой путь пройденный Землей по орбите за 1 секунду (30 км), при этом отклонение от прямой линии B-C составит всего 3 миллиметра
Теперь уже можно вычислить и среднюю плотность Солнца, т. е. его массу, поделенную на массу воды, занимающей тот же объем.
Поскольку один кубический сантиметр воды весит один грамм, мы просто должны разделить массу Солнца (в граммах) на его объем (в кубических сантиметрах). Получим в результате число 1,42.
Иными словами, в среднем некоторый объем солнечного вещества должен весить приблизительно столько же, сколько ком битумного угля, занимающего такой же объем.
Естественно, “среднее значение” на то и среднее, чтоб представлять некую золотую середину между солнечным ядром (где плотность вещества в 10 раз превышает плотность стали) и веществом солнечной короны (где плотность падает почти до величины космического вакуума). Тем не менее, в общем и целом данная методика расчетов абсолютно верна и может с успехом применяться при расчете массы любого небесного тела – хоть астероида, хоть звезды.
Источник
Как ученые посчитали массу Солнца?
На любое тело действуют две силы или две «скорости» — сила тяготения (маленький объект падает на большой) и, собственно, скорость, с которой этот объект летит «прямо».
Первая картинка из гугла с какой-то там задачи вполне подходит для пояснения.
Если скорость большая — то тело совершает дугу и улетает. Как делают кометы.
То есть, вот она летела-летела, начала притягиваться, но поскольку летела слишком быстро, не успела упасть, а сделала дугу и улетела дальше.
Если сила тяготения большая — то тело просто падает.
А вот если оно летает по кругу — значит, эти две силы равны между собой. Земля пытается улететь, но её по чуть-чуть притягивает к себе Солнце, постоянно изменяя её траекторию вплоть до замкнутого состояния.
Центростремительная сила вычисляется по формуле F=ma. Где массу Земли мы знаем (вычислили по ходу развития науки), а ускорение — вычисляется из того, что Земля делает один оборот за год.
И, как я уже объяснил выше, эта сила должна быть равна силе тяготения. Ну а тяготение рассчитывается исходя из массы двух тел. И зная массу Земли, расстояние до Солнца, и силу, которая на Землю действует, мы спокойно можем вычислить массу Солнца.
Для расчёта в наше время хватает буквально школьного уровня знаний.
По примерно такой же методике вычисляется и масса любых других объектов — спутников, вращающихся вокруг планеты, других планет, вращающихся вокруг звёзд, самих звёзд, взаимодействующих друг с другом и так далее.
Источник
Как рассчитали массу солнца
Солнечная масса — это масса Солнца. Или, точнее, это 1.989 x 10 30 килограммов — около 333 000 масс Земли.
Астрономы используют солнечную массу в качестве основной единицы массы. Так как большинство вещей в пространстве большие и тяжелые — такие как звезды, галактики и черные дыры — то имеет смысл говорить о таких космических объектах с точки зрения солнечных масс, в отличие от гораздо меньших единицы, таких как килограмм.
Говоря об объектах в терминах солнечных масс также обеспечивает более интуитивное понятие массы объекта по отношению к Солнцу. Сверхмассивная черная дыра в центре галактики Млечный Путь, например, 7.956 х 10 30 кг. Такое огромное количество намного сложнее представить, чем если бы Вы сказали, что черная дыра так же массивна, как и 4 миллиона солнц.
Благодаря сэру Исааку Ньютону, расчет массы Солнца не слишком тяжелая задача. Масса Солнца также определяет силу его гравитации. А его гравитация определяет орбитальное расстояние и скорость планеты Земли.
Например, если бы Солнце было более массивным с более сильным гравитационным притяжением, и если бы Земля была на таком же расстоянии от Солнца, наша планета должна была бы вращаться быстрее или она бы просто упала на Солнце. Если бы Солнце было менее массивным с более слабым гравитационным притяжением, Земля должна была бы вращаться медленнее или она была бы выброшена из Солнечной системы.
Ньютон рассчитал массу Солнца, так как мы знаем скорость Земли и расстояние до Солнца. Астрономы используют базовую геометрию для вычисления этих двух констант. Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 107,000 км/ч, по данным Корнельского университета, а расстояние от Земли до Солнца (называется астрономическая единица) — это 149,597,870 километров по данным Международного союза астрономов.
В конце 1600-х годов Ньютон вычислял относительные массы Солнца и других планет. Его расчеты были в основном правильными, хотя его значения для относительного веса Земли были неточны. Он обнаружил, что Солнце в 169 282 раза массивнее Земли, тогда как точное значение 331 950. Он просчитался, потому что его цифры по расстоянию от Земли до Солнца опирались на неточные измерения солнечного параллакса, что является очевидным сдвигом Солнца в небе, наблюдаемым в разных точках орбиты Земли.
Сегодня, вместо параллакса, астрономы могут точно измерять расстояния между объектами Солнечной системы с помощью радара. Измеряя время, необходимое для того, чтобы радиолокационный сигнал спутника отразился от другой планеты, астрономы могут определить расстояние до этой планеты. Но поскольку Солнце не имеет твердой поверхности, радиолокационных сигналов не оправить. Так, чтобы измерить расстояние Земля-Солнце, астрономы сначала должны измерить расстояния до другого объекта, такого как Венера. Затем, по триангуляции, они могут вычислить расстояние до Солнца.
Подключите это значение и измеренную скорость орбиты Земли к уравнениям Ньютона, и с помощью простой алгебры вы можете вычислить массу Солнца. Предполагая, что круговая Орбита (Орбита Земли близка к окружности), M = (d/G) V 2 , где d-расстояние до Солнца, v — орбитальная скорость Земли, а G — гравитационная константа.
Источник
Масса Солнца
Ввиду значительной удалённости от планеты Земля Солнце воспринимается человеком как тело, имеющее небольшой размер. По земным оценкам и меркам кажется, что видимый поперечник составляет 50-70 см. Если бы человек имел возможность «приземления» на Плутон, размеры светила показались бы ему другими. Итак, какова масса Солнца на самом деле – ответ на этот вопрос будет рассмотрен в статье.
О действительных размерах
Солнце – значительный по размерным показателям космический объект, который однозначно превосходит Землю в 1,3 млн раз! Значение поперечника светила нашей системы в 109 раз выше, нежели идентичный параметр у Земли, и составляет оно 1,4 млн км.
Чтобы масса Солнца была представлена более наглядно, стоит рассмотреть её в сравнительной картине. В 1 ведро можно вместить 130 тыс. пшеничных зёрен. Если в кучу будет высыпано 10 вёдер, а в сторону – положено одно маленькое зёрнышко, соотношение между этими частями будет иметь соответствие пропорциям, наблюдаемым между нашей звездой и Землёй.
Но масса Солнца с весом Земли имеет несколько другое соотношение: среднее значение плотности небесного светила вчетверо меньше, чем нашей планеты, этот показатель равняется 1,4 величины плотности воды. В свою очередь, масса Солнца превышает идентичный параметр Земли в 300 000 раз. В отношении всех планет Солнечной системы и их спутников это значение больше в 750 раз.
Весовой параметр Земли составляет, если представить точные данные, 5 958 000 000 000 000 000 000 тонн. Если выразить подобным образом вес Солнца, будет получено число, в составе которого – одна двойка и 27 нулей.
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Известные научные сведения
Солнечная масса, или, говоря другими словами, масса Солнца, представляет собой единицу измерения массы, имеющую внесистемный тип. Она используется в астрономической науке в целях выражения звёздных весов, а также определения значений в отношении прочих астрономических объектов, к примеру, галактик, солнечных систем. Обозначение, используемое в обиходе учёных и рядовых обывателей – M. В астрономической науке его принято записывать следующим образом: M = 1,98847 * 10^30 кг.
Первый множитель не имеет максимально точного определения, поэтому может обозначаться как «плюс» или «минус» 0,00007 единиц. Массовое значение нашего естественного небесного светила, как известно, выше идентичного показателя Земли в 332 946 раз. А по точным подсчетам учёных 99,86% всей массы, относящейся к Солнечной системе, содержится именно в нашей звезде. Суммарная доля всех остальных планет имеет значение 0,0013M, причём максимальная часть приходится на Юпитер, который Солнце превышает по весу лишь в 1047,56 раз.
Физические характеристики Солнца
Формула определения
Львиная доля отдельных звёзд, присутствующих во Вселенной, имеют массовое значение от 0,08 до 50 единиц, а весовой показатель чёрных дыр и целых галактических пространств может достигать миллионов и миллиардов масс нашего главного яркого объекта. Масса Солнца, согласно формулам, разработанным в астрономической науке, может быть определена на основании формулы, которая следует из третьего закона Кеплера.
Формула расчёты солнечной массы
M = (4 * ПИ^2 * a^3) / (G * T^2),
где a – длина, которой обладает большая полуось орбитальной части планеты;
G есть величина гравитации Ньютона, которая является постоянной;
Значение T представляет собой сидерический период, в течение которого планета делает оборот вокруг нашей звезды, для Земли это значение равняется году.
Таким образом, рассматриваемый показатель играет в астрономической науке важную роль и продолжает исследоваться и изучаться.
Источник