Indhold. Fysik note til HTX 2015 af Niels Junge

Transkript

1 Indhold Fysik Astronomi A-B Indledning...2 Verdensbilled / Universet...3 Størrelser i Universet...3 Størrelser i vores solsystem:...4 Størrelser i vores galakse:...5 Kendte galakser og afstande:...7 Jorden som planet:...8 Atmosfæren...8 Luften ved jordens overflade og atmosfære tryk generelt...9 Jordens indre...10 Geometri på jorden...11 Månen og solen set fra jorden...12 Månens tilblivelse...13 Planetene...14

2 Fysik Astronomi A-B Indledning Vi starter ud med astronomi som efter min mening binder den største del af fysikken sammen. Det astronomiske verdensbilled som vi har i dag udspringer i det verdensbilled den omvæltning Kopernicus og Tycho Brahe startede af renæssances verdensbilled, i 1500 tallet og som færdig gjordes af Newton i 1700, der er selvfølgelig sket mange ting i vores forståelse af verdensbilledet siden som vi også skal høre om. Det første emne jeg vil angribe er størrelser og dette er måske i virkeligheden det sværest at forstå så lad mig starte lidt alternativt.

3 Verdensbilled / Universet Størrelser i Universet. Det er svært at sammenligne Universets størrelser uden at få undt i hovedet så lad os starte med at jeg citere lidt fra en skønlitterær bog: Lidt om størrelsen på verdensrummet, taget fra Hitchhikers guide to the galaxy navne på planeter mm er generelt fiktive ;-) "Space," it says, "is big. Really big. You just won't believe how vastly hugely mindboggingly big it is. I mean you may think it's a long way down the road to the chemist, but that's just peanuts to space. Listen..." and so on. (After a while the style settles down a bit and it begins to tell you things you really need to know, like the fact that the fabulously beautiful planet Bethselamin is now so worried about the cumulative erosion by ten billion visiting tourists a year that any net imbalance between the amount you eat and the amount you excrete whilst on the planet is surgically removed from your bodyweight when you leave: so every time you go to the lavatory it is vitally important to get a receipt.) To be fair though, when confronted by the sheer enormity of distances between the stars, better minds than the one responsible for the Guide's introduction have faltered. Some invite you to consider for a moment a peanut in reading and a small walnut in Johannesburg, and other such dizzying concepts. The simple truth is that interstellar distances will not fit into the human imagination. Even light, which travels so fast that it takes most races thousands of years to realize that it travels at all, takes time to journey between the stars. It takes eight minutes from the star Sol to the place where the Earth used to be, and four years more to arrive at Sol's nearest stellar neighbour, Proxima Centauri. For light to reach the other side of the Galaxy, for it to reach Damogran for instance, takes rather longer: five hundred thousand years. The record for hitch hiking this distance is just under five years, but you don't get to see much on the way. Efter dette lad mig så prøve alligevel at give lidt perspektiv om størrelser startende med vores solsystem så vores galakse for til sidst at springe til universets galakser, det bliver altså i tre afsnit.

4 Størrelser i vores solsystem: Solsystemets planeter som også set på består af planeterne (1 AU = km ) Navn Afstandt til solen i AU Diameter i km Masse. Merkur 0, , Venus 0, , Jorden , Mars 1, , Jupiter 5, , Saturn 9, , Uranus 19, , Neptun , Sol , Månen km fra jorden 3476 Prøv lige at sammenlign månens bane med solens størrelse!

5 Størrelser i vores galakse: Det første vi lige skal have styr på før vi snakker størrelser og især afstande i vores Galakse mælkevejen er et lys år hvilket betyder hvor længden som lyset bevæger sig i vakuum på et år, lad os regne lidt på det. Lyset bevæger sig som bekendt med ca km/s et år har 365 dage en dag har 24 timer en time har 60 minutter et minut har 60 sekunder Et lysår er altså =9, km Her har vi første problem, denne størrelse er ret vanskelig at få begreb om men her er lidt tal til eftertanke. Det betyder med andre ord at hvis Voyager skulle være nået et lysår væk fra jorden i dag så skulle den være sendt af sted i stenalderen!!! Et lysår er meget langt, virkeligt langt, vastly hugely mindboggingly langt. Mælkevejen: Et lysår 9,46E+012 km beskrivelse Fart i km/t Tid om et lysår (i år) Lysets hastighed 1,08E+009 1,00 Verdens hurtigste Fly ,95 Space shuttle ,17 lyden ,10 voyager 57453, ,19 Man er ikke helt sikker på hvor mange stjerner der er I vores solsystem men det er estimeret til ca stjerne eller 300 Milliarder Milliarder. De nærmeste 50 stjerner ligger inden for ca 15 lysår hvilket altså betyder at selv vores nærmeste naboer ikke vil være mulig at besøge med den nuværende teknologi, og lige nu overlades det mest til Science fiction at opfinde metoder til at rejse mellem stjerne ved hjælp af Warp speed, hyperspace eller lignende fantasifulde metoder, (infinate improbability drive). Mælkevejen har en diameter mellem 100 og Lysår. Når vi er oppe i disse afstande forekommer der en anden måleenhed, nemlig parsec.(pc)

6 Parsec: Når vi er oppe i disse inter stelar afstande forekommer der en anden måleenhed, nemlig parsec.(pc) Denne længde enhed er lidt indviklet defineret. Først skal vi lige have styr på under inddelingen af grader : 60 grade minutter = 1 grad (eller en grade minut = 1/60 grader ) 60 grade sekunder = 1 grade minut (eller en grade sekund = 1/60 grade minut ). så kan se på denne tegning hvordan 1 pc er defineret som længden til et fjern objekt set fra jorden således at trekanten defineret ved afstande mellem solen og objektetet, afstanden mellem solen og jorden (1 au) samt afstanden mellem jorden og det fjerne objekt netop har en topvinkel på 1 grade sec. Hvad er der så galt med dette film klip? KLIP 1pc = 3,0857 x m (30 billiarder m) eller 3,26 lysår

7 Kendte galakser og afstande: Der er omkring 50 galakser i vores nabolag (den gruppe vi tilhører) Liste med nærmeste galakser disse ligger mellem 0 og 10 Millioner Lysår væk, der er en del debat om hvilken galakse der regnes som vores nabo da de nærmeste galakser er såkaldte dværg galakser, den først i rækken egentlige galakser er Andromeda Galaksen som er ca 2,6 mill ly fra jorden det vil sige det vil sige at det lys der i dag ses fra Andromeda er udsendt på samme tid som H Habilis et forstadie til Homo Sapiens 2 mill år før Homo sapiens. Andromeda galaksen kan egentligt ses som en flok af galakser der ligger tæt sammen (relativt). Den fjerneste galakse der er observeret er var maj 2015 EGS-zs-1 som blev observeret af hubble og er estimeret til at være 13,1 mia lysår fra jorden, med andre ord det lys der er observeret fra denne galakse er udsendt før jorden er blevet til! Uden at kommer nærmere ind på dette skal jeg her blot bemærke at det er fastslået at ikke nok med at universet udvides men dette sker også med en accelererende hastighed.

8 Jorden som planet: Atmosfæren Når man ser på jorden udefra er det første man ser selvfølgelig jordens atmosfære, denne er delt op i forskellige lag som tegningen her under illustrere. Se også Wiki om atmosfæren Exosfæren km Ekstreme afstande mellem molekyler 200 km 80 km (85) Thermosphere 690 km Temperaturenstiger med højden men det er ikke temperatur som vi kender pga få molekyler Ionosfæren (Ionosphere) del af Thermosfæren Mesosfæren (Mesosphere) Temperaturen falder igen ved øget højde 50 km Stratosfæren (Stratosphere) Luften opvarmes solen 15 km Troposfæren (Troposphere) Luften opvarmes af jordoverfladen

9 Luften ved jordens overflade og atmosfære tryk generelt Luftens masse er afhængig af tryk og temperatur, men ved jordoverfladen (1 atm) vejer en kubikmeter luft 1,2 kg. Forestil jer en søjle af luft der er 1 km høj og står på jeres skuldre (vel ca 0,2 kvm) så er der 0,2 * 1000 = 200 kubikmeter luft eller ca 240 kg. Det er selvfølgelig en grov generalisering men faktisk svare 1 atm, som er overfladetrykket, til kg luft på en kvadrat meter. Nu er det jo ikke sådan at luften har den samme densitet hele vejen op gennem atmosfæren og i øvrigt trækker tyngdekraften heller ikke det samme i luft der er fjern fra overfladen. Men hvad sker der hvis man bevæger sig ned i verdens dybeste mine som er TauTona guld minen i Sydafrika som er 3,9 km dyb? Hvad vejer luft (slå op) Hvad vejer 3,9 km luftsøjle med areal 1 m 2 Hvilken trykforøgelse svare dette til. PS i disse opgaver sondre vi ikke mellem teknisk 1 at og atmosfærens 1 atm (1 at er ca 3% mindre end 1 atm) Mini opgave: Hvor stor skal vanddybden være for at øge trykket yderligere 1 atm?

10 Jordens indre Vidste i at? Jordens rotationstid i forhold til stjernerne ikke er 24 timer, Hvorfor? Jorden langsomt størkner.

11 Geometri på jorden Man kan faktisk regne ud hvor langt der er til horisonten, men hvad tror i før vi regner? 0-2 km 2-4 km 4-6 km 6-10 km km R=Jordens radius= km/2=6378 km eller m H er længden til horisonten Phytagoras giver os at H 2 +R 2 =(R+h) 2 hvor her betragtnings højden H= (R+h) 2 R 2 H= ( ,7) =4657m Hvilket betyder at en del skibs kanoner faktisk skyder forbi horisonten også selv om man går op i et udkigstårn da f.eks 410 mm kanonerne på USS Iowa skød ca 39 km.

12 Månen og solen set fra jorden Lad os først se lidt på hvor stor månen ser ud fra jorden. Månen er som det ses i tabellen 3476 km i diameter og km væk. Prøv at regne ud hvor stor en vinkel vi ser månen i. V Prøv at lave den samme udregning for solen Km fra jorden diameter Sol km km Månen km 3476 km Hvad betyder resultatet for vores observation af sol og måne fra jorden?

13 Månens tilblivelse se film der er lagt på netværksdrev eller på jungekids.com Denne fil er lavet ud fra den teori der hedder the great impact som er den førende på nuværende tidspunkt. solformørkelse regn på space elevator hvilken styrke skal materialet have.

14 Planetene I skal kigge på planeterne i vores solsystem som gruppe opgave Det betyder at hver gruppe (4 elever i hver) får en planet og skal forberede 10 minutter oplæg om denne. Dette skal indeholde mindst men ikke begrænset til Fakta (størrelse, klima, etc) Historiske data Hvornår og hvordan er den fundet Navn oprindelse Atmosfærer Bane og rotation Temperatur. Mindst en interessant detalje der falder uden for disse områder