Презентация "Форма и размеры земли" (11 класс) по астрономии – проект, доклад

ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет шарообразную форму. Её диаметр около 12 750 км. Человек видит лишь небольшую часть Земли, поэтому земная поверхность кажется ему плоским кругом. Во времена Пифагора (VI век до н. э.) люди стали предполагать, что Земля – шар, как и другие планеты.

Первые доказательства шарообразности Земли принадлежат древнегреческому ученому Аристотелю (IV в. до н.э.). К ним он относил наблюдения за лунными затмениями, во время которых тень от Земли, отбрасываемая на поверхность Луны, всегда круглая; расширение, горизонта при подъёме в вверх.

Первым, кто измерил величину земного шара, был древнегреческий ученый Эратосфен (III–II вв. до н. э.). Он измерил длину дуги 1° меридиана, а затем на этой основе рассчитал длину всей окружности Земли по меридиану. Она оказалась равной около 40 000 км, что близко к действительности. Таким образом, учёные Древней Греции имели в общем правильные представления о фигуре и размерах Земли. В период Средневековья, в Европе вплоть до XV-го века, многие научные представления античных народов о Земле были забыты.

С конца XV-го века начинается возрождение, а потом и интенсивное развитие многих наук и культуры. Наступил период великих географических открытий. Христофор Колумб в поисках западного пути в Индию открыл Новый Свет – Америку (1492). Васко-да-Гама, обогнув Африку, проложил морской путь в Индию (1497). Фернандо Магеллан и его спутники совершили первое кругосветное плавание (1519–1522 годы).

В этот период сомнений в шарообразности Земли не было, и Землю стали изображать в виде объемной модели – глобуса. Самый первый глобус диаметром более 0,5 м был изготовлен немцем Мартином Бехаймом (1492).

Представления о форме Земли продолжали совершенствоваться. В конце XVII-го века на основании работы Иссака Ньютона возникло предположение о том, что ввиду осевого вращения земной шар должен быть сплюснут у полюсов. Шар, равномерно сплюснутый у полюсов, называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. У Земли экваториальный радиус на 21,4 км длиннее полярного Последующие измерения силы тяжести показали, что фигура Земли сложнее. Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом («землеподобным»). Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т, е. отвесу. Поверхность геоида совпадает с уровенной Поверхностью Мирового океана. Поднятия и опускания геоида над сфероидом составляют +50...±100 м.

Так как разница между сфероидом и геоидом невелика, то для геодезических и картографических работ в России приняты следующие величины земного эллипсоида Ф. Н. Красовского: экваториальный радиус а – 6378,2 км, полярный радиус b = 6356,8 км, длина меридиана равна 40008,5 км, длина экватора 40075,7 км, площадь поверхности Земли – 510 млн. км2.

Рис. 1. Форма и размеры Земли: 1 – поверхность шара, 2 – поверхность сфероида: а – экваториальный радиус, в – полярный радиус

Рис. 2. Соотношение сфероида, геоида и земной поверхности: 1 - поверхность сфероида, 2 – поверхность геоида, 3 – земная поверхность: а – земная кора, б – океан.

Истинная физическая поверхность Земли со всеми её горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и отступает от него на несколько километров. Сила тяжести все время стремится выровнять действительную поверхность Земли, привести её в соответствие с уровенной поверхностью.

1. Мировой океан 2. Земной эллипсоид 3. Отвесные линии 4. Тело Земли 5. Геоид

Постепенное появление предметов из-за горизонта, увеличение дальности (радиуса) видимого горизонта при поднятии, кругообразная форма видимого горизонта, изменение видимости звездного неба при движении по меридиану, освещение высоких частей предметов перед восходом и после захода солнца, кругосветные плавания доказывают лишь выпуклость, а не шарообразность Земли.

Форма и размеры Земли имеют большое географическое значение. Шарообразная фигура Земли приводит к уменьшению угла падения солнечных лучей на земную поверхность от экватора к полюсам и как следствие этого явления – образование нескольких тепловых поясов. Тепловые пояса, являются причиной закономерных изменений природных процессов и явлений на поверхности Земли по направлению от экватора к полюсам.

Размеры и масса Земли предопределяют такую силу земного притяжения, которая удерживает атмосферу определенного состава и гидросферу, без которых невозможна жизнь. Важно и расстояние Земли от Солнца. При более близком положении Земли к Солнцу, чем теперь, она могла бы превратиться в раскаленную пустыню, при более отдаленном – приобрести постоянный ледяной панцирь. Таким образом, жизнь на Земле, возникновение и существование на ней географической оболочки в значительной Мере зависит от формы и размеров нашей планеты, а также и расстояния от Солнца.

Градусная сеть и её элементы

Градусная сеть – система меридианов и параллелей на географических картах и глобусах, которая служит для отсчёта географических координат точек земной поверхности – широты и долготы. Шарообразная Земля вращается вокруг оси, поэтому у неё есть две неподвижные точки – полюса, которые являются точками отсчёта. Географические полюса – Северный и Южный – точки пересечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью. На полюсах нет сторон горизонта. Экватор (лат. aequator – уравнитель) – линия пересечения земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси её вращения. Экватор делит земной шар на два полушария – северное и южное. Иго длина около 40 076 км.

Параллели (греч. parallelos идущие рядом) линии сечения поверхности земного шара плоскостями, параллельными плоскости экватора. По другому – это линии на поверхности Земли, проведенные параллельно экватору. Длина параллелей от экватора к полюсам уменьшается. Меридианы (лат. meridianus – полуденный) – линии сечения поверхности плоскостями, проходящими через ось вращения Земли и соответственно через оба её полюса. Полная длина земного меридиана – около 40009 км. Длина 1° меридиана в среднем 111,1 км. Из-за сплюснутости Земли она больше (111,7 км) у полюсов и меньше у экватора (110,6 км).

Градусная сеть позволяет определить местоположение любой точки на земной поверхности с помощью географических координат – широты и долготы. Географическая широта φ – угол между плоскостью экватора и отвесной линией в данной точке, иначе – угловое расстояние точки от экватора. Изменяется от 0о (экватор) до 90° (полюса). Различают северную и южную широту.

Географическая долгота λ – двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, иначе – угловое расстояние точки от начального меридиана. За начальный (нулевой) меридиан по Международному соглашению принят меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию в пригороде Лондона. К востоку от него – долгота восточная, к западу – западная. Долгота изменяется от 0 до 180°.

Картографические проекции

Наиболее точное изображение Земли – глобус. Изобразить поверхность земного шара на плоскости без искажений невозможно, при любой картографической проекции. Картографическая проекция – математический способ изображения земного шара (эллипсоида) на плоскости. Чем мельче масштаб карты, тем существеннее искажения. На крупномасштабных картах искажения практически неощутимы.

Выделяют четыре вида искажений на картах: длин, площадей, углов и форм объектов. По характеру искажений картографические проекции под разделяются на равноугольные, при которых сохраняются углы и формы объектов, но искажаются длины и площади; равновеликие, при которых сохраняются площади, но сильно изменены углы и форма объектов; произвольные, при которых есть искажения длин, площадей и углов, но они распределяются на карте определенным образом. Среди них особо выделяют равнопромежуточные проекции, при которых нет искажения длин либо по параллели, либо по меридиану.

Картографические проекции подразделяются и по виду вспомогательной поверхности, которая используется при переходе от шара (эллипсоида) к плоскости. Среди них наиболее распространенными являются цилиндрические – проектирование шара ведётся как бы на поверхность цилиндра; конические – вспомогательная поверхность – конус; азимутальные – вспомогательной поверхностью служит плоскость. Для карт мира обычно используют цилиндрические проекции, у которых наименьшие искажения в области экватора и в средних широтах. Для Росси и территории бывшего Советского Союза применяются конические проекции, обладающие наименьшими искажениями в умеренных широтах.

Вращение Земли вокруг оси и его географические следствия

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов – результат её осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей скоростью, полярное сжатие было значительнее.

Важным следствием осевого вращения Земли является отклонение тел, движущихся горизонтально (ветров, морских течений и т.д.), от их первоначального направления: в северном, полушарии - вправо, в южном – влево. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется, и отклонение равно 0. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, так как там каждый меридиан за сутки изменяет направление своего движения на 360°.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени – сутки и смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными кульминациями звезды (наиболее высоким положением её над горизонтом) через меридиан точки наблюде­ния. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются при астрономических наблюдениях. Солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется вокруг Солнца, солнечные сутки длиннее звездных и равны 24 часам. Поэтому за солнечные сутки Земля совершает оборот чуть более, чем на 360°.

Так как на каждом меридиане своё местное время, поэтому был принят поясной счёт времени. Всю поверхность земного шара разделили на 24 часовых пояса по 15° каждый. За поясное время принято местное время среднего меридиана каждого пояса.

Смена дня и ночи создает суточную ритмику живой и неживой природы. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Общеизвестен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Очень ярко проявляется суточный ритм живой природы. Известно, что фотосинтез возможен лишь днём, что многие цветы раскрываются в разные часы. Животные подразделяются как бы на два особых мира: большинство из них бодрствует днём, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) во мраке ночи. Жизнь человека тоже протекает в суточном цикле.

Движение Земли по орбите вокруг Солнца и его географические следствия

Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называется орбитой (лат. orbita – колея, дорога). Орбита Земли – эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн. км – в перигелии (в январе) до 152 млн. км – в афелии (в июле). Длина орбиты более 30 млн, км. Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью около 30 км/с и проходит весь путь за год – 365 суток 6 часов 9 минут 9 секунд.

Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года. Это приводит к важнейшим географическим следствиям – смене времен года и неравенству дня и ночи.

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение её ориентировки в пространстве обусловливает различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора.

22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу. В этот день – день летнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на 23,5° параллель северной широты – так называемый северный тропик. Все параллели севернее экватора до 66,5° с. ш. большую часть суток освещены, на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с. ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем – там полярный день.

Параллель 66,5° с. ш. является границей, с которой начинается полярный день – это северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю. ш. территория на освещена совсем – там полярная ночь. Параллель 66,5° ю. ш. – южный полярный круг. 22 июня – начало астрономического лета в северном полушарии и астрономической зимы – в южном полушарии.

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу (рис. 7, справа). В этот день – день зимнего солнцестояния солнечные лучи в полдень отвесно падают на 23,5° параллель южной широты – так называемый южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день длиннее ночи. Начиная с южного полярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с. ш. день короче ночи. За северным полярным кругом – полярная ночь. 22 декабря – начало астрономического лета в южном полушарии, астрономической зимы – в северном полушарии.

21 марта – в день весеннего равноденствия и 23 сентября – в день осеннего равноденствия терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария в эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи. Солнечные лучи в полдень в зените над экватором, полушария получают одинаковое количество тепла. На Земле 21 марта и 23 сентября – начало астрономической весны и осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана сезонная ритмика природы. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических элементов, в режиме водоемов, в жизни растений, животных и т. д. В результате наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты и его годового движения на Земле образовалось пять поясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и соответственно тепловыми условиями.

Жаркий пояс лежит между тропиками (греч. tropikas – круг поворота). В его пределах Солнце два раза в году бывает в зените, на тропиках – по одному разу в год, в дни солнцестояний (и этим они отличаются от всех остальных параллелей). На экваторе день всегда равен ночи, на других широтах этого пояса продолжительность их мало отличается. Жаркий пояс занимает около 40 % земной поверхности.

Умеренные пояса (два) располагаются между тропиками и полярными кругами. Солнце в них никогда не бывает в зените. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Близ полярных кругов (с 60° до 66,5°) летом наблюдаются светлые, так называемые белые ночи с сумеречным освещением за счет слияния вечерней и утренней зари, так как Солнце ненадолго и неглубоко уходит под горизонт. Общая площадь умеренных поясов состав­ляет 52 % земной поверхности.

Холодные пояса (два) – к северу от северного и к югу от юж­ных полярных кругов. Они отличаются наличием полярных дней и ночей, продолжительность которых увеличивается от одних суток – на полярных кругах до полугода – на полюсах. Их общая площадь 8 % земной поверхности. Пояса освещения – основа климатической зональности и природной зональности вообще.