Что такое геоцентрическая система отсчета
Геоцентрическая система отсчета
Всего получено оценок: 157.
Всего получено оценок: 157.
Человечество живет на Земле, и поэтому абсолютное большинство физических опытов осуществляется в системе отсчета, связанной с Землей. Поговорим кратко о геоцентрической системе отсчета.
Сущность системы отсчета
К 10 классу известно, что описание любых явлений в физике заключается в выделении в них существенных особенностей, сравнении их с некоторыми эталонами и установлении законов, по которым эти особенности изменяются. В частности, для кинематики такими существенными особенностями являются положение в пространстве и законы его изменения.
Для описания положения в пространстве, во-первых, необходима система координат и единица измерения.
Во-вторых, всегда требуется указывать, относительно чего движение происходит: необходимо выделить тело отсчета и связать с ним систему координат.
Наконец, чтобы описать изменение положения в пространстве, требуется система измерения времени.
Тело отсчета, система координатных осей и система измерения времени вместе называются системой отсчета.
Геоцентрическая система отсчета
Человеческая наука развивались на планете Земля. Все физические опыты и измерения производились в непосредственной близости от Земли. Неудивительно, что в качестве наиболее общей системы отсчета чаще всего применяли систему, связанную с Землей. Такая система отсчета называется геоцентрической.
Особенности
Итак, тело отсчета в геоцентрической системе отсчета — это Земля. Направление координатных осей удобно взять по двум касательным к земному шару и по его радиусу. Порядок измерения времени исторически определился по суточному и годовому вращению Земли вокруг Солнца.
Удобство геоцентрической системы отсчета предопределило построение Птолемеем системы мира, которая более тысячи лет считалась истиной. И даже то, что птолемеева система была заменена системой мира Коперника, не привело к меньшему использованию геоцентрической системы.
Рис. 2. Геоцентрическая система отсчета.
Сомнения в точности возникли лишь в XVII в., когда И. Ньютон установил законы механики и ввел понятие инерциальной системы отсчета.
Важная особенность инерциальной системы отсчета — это движение без ускорения. Земля же, во-первых, движется вокруг собственной оси. Во-вторых, она совершает годичное вращение вокруг Солнца. Оба этих движения происходят с центростремительными ускорениями. А значит, геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, и в ней законы Ньютона должны быть не верны.
Кроме того, в соответствии со специальной и общей теориями относительности, на Земле должны происходить релятивистские изменения хода времени и размеров.
Однако, величина центростремительного ускорения вращения Земли составляет менее процента от ускорения свободного падения. А релятивистские эффекты на Земле гораздо меньше. Поэтому геоцентрическая система отсчета в абсолютном большинстве случаев может считаться инерциальной и использоваться для определения значений механических величин в экспериментах и подготовки школьных опытов и докладов.
Рис. 3. Инерциальные системы отсчета.
Что мы узнали?
Тело отсчета, координатные оси и порядок измерения времени вместе называются системой отсчета. Система отсчета, где тело отсчета — это Земля, называется геоцентрической. Геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, однако ее отклонения от инерциальности очень невелики, поэтому эта система удобна для большинства опытов и измерений в механике.
§ 25. Геоцентрическая система отсчёта
Если тело относительно определённой инерциальной системы отсчёта движется с постоянной скоростью то
1, по отношению к системе отсчёта, которая сама движется со скоростью , это тело согласно закону сложения скоростей будет двигаться с некоторой новой, но также постоянной скоростью 2 = 1 + . Ускорение тела в обеих системах отсчёта равно нулю.
Напротив, любая система отсчёта, движущаяся с ускорением относительно инерциальной системы отсчёта, уже будет неинерциальной. Действительно, если 1 = const, а скорость изменяется, то скорость 2 также будет меняться с течением времени. Следовательно, характер движения тела будет изменяться при переходе от одной системы отсчёта к другой: в первой системе отсчёта движение тела равномерное, а во второй — ускоренное.
Так как систему отсчёта, связанную с Землёй (рис. 2.27), можно приближённо рассматривать как инерциальную, то и системы отсчёта, связанные с поездом, движущимся с постоянной скоростью, или с кораблём, плывущим по прямой с неизменной скоростью, также будут инерциальными. Но как только поезд начнёт увеличивать свою скорость, связанная с ним система отсчёта перестанет быть инерциальной. Закон инерции и второй закон Ньютона перестанут выполняться, если рассматривать движение по отношению к таким системам.
Почему систему отсчёта, связанную с Землёй, называют геоцентрической? Как называется система отсчёта, связанная с Солнцем?
Геоцентрическая система отсчёта инерциальна лишь приближённо.
Наиболее близка к инерциальной система отсчёта, связанная с Солнцем и неподвижными звёздами (рис. 2.28). Земля же движется по отношению к этой системе отсчёта с ускорением. Во-первых, она вращается вокруг своей оси и, во-вторых, движется по замкнутой орбите вокруг Солнца.
Ускорение, обусловленное обращением Земли вокруг Солнца, очень мало, так как велик период обращения (год). Значительно больше (примерно в 6 раз) ускорение, возникающее из-за вращения Земли вокруг оси с периодом Т = 24 ч. Но и оно невелико. На поверхности Земли у экватора, где это ускорение наибольшее, оно равно:
т. е. составляет всего 0,35% от ускорения свободного падения g = = 9,8 м/с2. Именно поэтому систему отсчёта, связанную с Землёй, можно лишь приближённо рассматривать как инерциальную.
Естествознание.ру
Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира
С самого зарождения астрономии в Древней Греции ученых беспокоил фундаментальный вопрос: что в космосе необходимо считать центром, точкой отсчета? Долгое время соперничали две теории: геоцентрической и гелиоцентрической систем устройства мира. Причем соперничали далеко не всегда методом научных дискуссий — в этом противостоянии имеются трагичные эпизоды.
Земля как центр мира
Геоцентрическая (в переводе с древнегреческого «гея» — «земля») система мира подразумевает, что в центре мира располагается наша планета Земля. Лестная для нас, землян, теория. Только совершенно неверная, как показали позднейшие исследования. Между тем геоцентристами были почти все великие ученые эллинской школы, включая Пифагора, Аристотеля, Платона и Птолемея.
Инопланетные «танцы»
Перед нами не рисунок прекрасного цветка или изысканный узор. Именно такие «танцы» вокруг Земли должны устраивать планеты Солнечной системы, Луна и само Солнце в геоцентрической модели мира. Неподвижная точка в центре «цветка» — как раз и есть Земля. Эту сложнейшую систему пришлось составить геоцентристам, чтобы объяснить существующие траектории планет, наблюдаемые с Земли.
Солнце как центр мира
Приверженцы гелиоцентрической системы мира утверждают, что планеты вращаются вокруг Солнца (Гелиос — в древнегреческой мифологии солнечное божество). При такой системе нет необходимости придумывать сложнейшие модели планетных траекторий. Когда ставишь в центр системы Солнце, а не Землю, все намного упрощается. Траектории планет принимают вид эллипсов.
Отцом гелиоцентрической системы мира является польский астроном, математик и механик Николай Коперник (1473— 1543).Коперник считанные недели не дожил до опубликования в 1543 г. труда всей его жизни — «О вращении небесных сфер», в котором обосновал гелиоцентрическую систему мира.
Первый революционер
Гелиоцентрическая система мира оказалась настолько важным открытием, что считается ни много ни мало началом первой научной революции. Ее так и назвали коперниканской революцией. Отказ от устаревшей модели с Землей в центре Вселенной стал революционной перестройкой не только в астрономии, но и во всей мировой науке. Он изменил образ мышления ученых и исследователей.
Если в терминах «геоцентрическая система мира» и «гелиоцентрическая система мира» под словом «мир» понимать Вселенную, то неверна ни одна, ни другая теория. По гелиоцентрической модели «работает» наша Солнечная система, а также планетные системы всех других звезд. Однако Вселенная функционирует совсем по другим законам, многие из которых нам лишь предстоит открыть.
Жизнь за науку
Одним из виднейших последователей Н. Коперника (коперниканцем) был итальянский философ, поэт и астроном Джордано Бруно. Однако против гелиоцентристов развернули настоящую борьбу, так как геоцентризм был официальной теорией Римско-католической Церкви. В 1600 г. за свои научные и философские взгляды Бруно был казнен как еретик.
Что такое геоцентрическая система отсчета
Если тело относительно определённой инерциальной системы отсчёта движется с постоянной скоростью то
1, по отношению к системе отсчёта, которая сама движется со скоростью , это тело согласно закону сложения скоростей будет двигаться с некоторой новой, но также постоянной скоростью 2 = 1 + . Ускорение тела в обеих системах отсчёта равно нулю.
Напротив, любая система отсчёта, движущаяся с ускорением относительно инерциальной системы отсчёта, уже будет неинерциальной. Действительно, если 1 = const, а скорость изменяется, то скорость 2 также будет меняться с течением времени. Следовательно, характер движения тела будет изменяться при переходе от одной системы отсчёта к другой: в первой системе отсчёта движение тела равномерное, а во второй — ускоренное.
Так как систему отсчёта, связанную с Землёй (рис. 2.27), можно приближённо рассматривать как инерциальную, то и системы отсчёта, связанные с поездом, движущимся с постоянной скоростью, или с кораблём, плывущим по прямой с неизменной скоростью, также будут инерциальными. Но как только поезд начнёт увеличивать свою скорость, связанная с ним система отсчёта перестанет быть инерциальной. Закон инерции и второй закон Ньютона перестанут выполняться, если рассматривать движение по отношению к таким системам.
Геоцентрическая система отсчёта инерциальна лишь приближённо.
Наиболее близка к инерциальной система отсчёта, связанная с Солнцем и неподвижными звёздами (рис. 2.28). Земля же движется по отношению к этой системе отсчёта с ускорением. Во-первых, она вращается вокруг своей оси и, во-вторых, движется по замкнутой орбите вокруг Солнца.
Ускорение, обусловленное обращением Земли вокруг Солнца, очень мало, так как велик период обращения (год). Значительно больше (примерно в 6 раз) ускорение, возникающее из-за вращения Земли вокруг оси с периодом Т = 24 ч. Но и оно невелико. На поверхности Земли у экватора, где это ускорение наибольшее, оно равно:
т. е. составляет всего 0,35% от ускорения свободного падения g = = 9,8 м/с2. Именно поэтому систему отсчёта, связанную с Землёй, можно лишь приближённо рассматривать как инерциальную.
Доказательство вращения Земли.
Однако существуют явления, которые нельзя объяснить, если считать геоцентрическую систему отсчёта инерциальной. К ним относится вращение относительно Земли плоскости колебаний маятника в знаменитом опыте Фуко, доказывающем вращение Земли.
Впервые опыт с маятником был выполнен французским физиком-экспериментатором Жаном Фуко (1819—1868) в узком кругу. Его результаты заинтересовали Л. Бонапарта, и он предложил Фуко провести демонстрацию этого опыта в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже в присутствии множества зрителей. Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851 г., и принято называть опытом Фуко.
Рассмотрим колебания маятника в гелиоцентрической инерциальной системе отсчёта. Для большей наглядности и простоты будем считать, что опыт проводится на полюсе.
Пусть в начальный момент маятник отклоняют от положения равновесия. Действующие на маятник сила притяжения к Земле 
T и сила упругости подвеса маятника 
лежат в той же вертикальной плоскости (рис. 2.29). Согласно второму закону Ньютона ускорение маятника совпадает по направлению с равнодействующей силой и поэтому лежит в той же вертикальной плоскости. А это значит, что с течением времени плоскость колебаний маятника в инерциальной системе отсчёта должна оставаться неизменной. Так и происходит в гелиоцентрической системе. Однако система отсчёта, связанная с Землёй, не является инерциальной, и относительно неё плоскость колебаний маятника поворачивается вследствие вращения Земли. Чтобы это обнаружить, необходимо подвес сделать таким, чтобы трение в нём было мало, а сам маятник — достаточно массивным. Иначе трение в подвесе заставит плоскость колебаний следовать за вращением Земли.
Смещение плоскости колебаний маятника относительно Земли становится заметным уже через несколько минут. На средних широтах колебания маятника будут выглядеть несколько сложнее, но суть явления не изменится.
Геоцентрическая система отсчета кратко определение для доклада и сообщения (10 класс)
Человечество живет на Земле, и поэтому абсолютное большинство физических опытов осуществляется в системе отсчета, связанной с Землей. Поговорим кратко о геоцентрической системе отсчета.
Сущность системы отсчета
К 10 классу известно, что описание любых явлений в физике заключается в выделении в них существенных особенностей, сравнении их с некоторыми эталонами и установлении законов, по которым эти особенности изменяются. В частности, для кинематики такими существенными особенностями являются положение в пространстве и законы его изменения.
Для описания положения в пространстве, во-первых, необходима система координат и единица измерения.
Во-вторых, всегда требуется указывать, относительно чего движение происходит: необходимо выделить тело отсчета и связать с ним систему координат.
Наконец, чтобы описать изменение положения в пространстве, требуется система измерения времени.
Тело отсчета, система координатных осей и система измерения времени вместе называются системой отсчета.
Рис. 1. Составляющие системы отсчета.
Геоцентрическая система отсчета
Человеческая наука развивались на планете Земля. Все физические опыты и измерения производились в непосредственной близости от Земли. Неудивительно, что в качестве наиболее общей системы отсчета чаще всего применяли систему, связанную с Землей. Такая система отсчета называется геоцентрической.
Особенности
Итак, тело отсчета в геоцентрической системе отсчета — это Земля. Направление координатных осей удобно взять по двум касательным к земному шару и по его радиусу. Порядок измерения времени исторически определился по суточному и годовому вращению Земли вокруг Солнца.
Удобство геоцентрической системы отсчета предопределило построение Птолемеем системы мира, которая более тысячи лет считалась истиной. И даже то, что птолемеева система была заменена системой мира Коперника, не привело к меньшему использованию геоцентрической системы.
Рис. 2. Геоцентрическая система отсчета.
Сомнения в точности возникли лишь в XVII в., когда И. Ньютон установил законы механики и ввел понятие инерциальной системы отсчета.
Важная особенность инерциальной системы отсчета — это движение без ускорения. Земля же, во-первых, движется вокруг собственной оси. Во-вторых, она совершает годичное вращение вокруг Солнца. Оба этих движения происходят с центростремительными ускорениями. А значит, геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, и в ней законы Ньютона должны быть не верны.
Кроме того, в соответствии со специальной и общей теориями относительности, на Земле должны происходить релятивистские изменения хода времени и размеров.
Однако, величина центростремительного ускорения вращения Земли составляет менее процента от ускорения свободного падения. А релятивистские эффекты на Земле гораздо меньше. Поэтому геоцентрическая система отсчета в абсолютном большинстве случаев может считаться инерциальной и использоваться для определения значений механических величин в экспериментах и подготовки школьных опытов и докладов.
Рис. 3. Инерциальные системы отсчета.
Что мы узнали?
Тело отсчета, координатные оси и порядок измерения времени вместе называются системой отсчета. Система отсчета, где тело отсчета — это Земля, называется геоцентрической. Геоцентрическая система отсчета, строго говоря, не является инерциальной, однако ее отклонения от инерциальности очень невелики, поэтому эта система удобна для большинства опытов и измерений в механике.