Сколько времени вращается земля вокруг солнца. С какой скоростью Земля обращается по орбите
Уголь важен для народного хозяйства
Каменный уголь - это один из первых минералов, который человек начал использовать в качестве топлива. Только в конце 19 века его стали постепенно вытеснять другие виды топлива: сначала нефть, потом продукты из нее, позднее газ (природный и полученный из угля и других веществ). Каменный уголь применяется в народном хозяйстве очень широко. Прежде всего, как топливо и химическое сырье. Например, металлургическая отрасль промышленности при выплавке чугуна не может обойтись без кокса. Производят его на коксохимических предприятиях из каменного угля.
Где еще используют уголь?
На отходах добычи каменного угля (антрацитовом штыбе) работают мощные тепловые электростанции в России и Украине (и не только). Впервые получили металл с использованием кокса из железной руды в 18 веке в Англии. Это в металлургии стало началом применения каменного угля, точнее, кокса - продукта его переработки. До этого железо получали при помощи древесного угля, поэтому в Англии в 18 - 19 веках вырубили почти весь лес. Коксохимическая промышленность использует каменный уголь, перерабатывая его в каменноугольный кокс и коксовый газ, при этом выпускаются десятки видов химических продуктов (этилен, толуол, ксилолы, бензол, коксовый бензин, смолы, масла и многое другое). На основе этих химических продуктов изготавливают самые разные пластмассы, азотные и аммиачно-фосфорные удобрения, водные растворы аммиака (удобрения), химикаты для защиты растений. Также производят моющие средства и стиральные порошки, лекарства для людей и животных, сольвенты (растворители), серу или серную кислоту, кумароновые смолы (для красок, лаков, линолеума и для резинотехнических изделий) и т. д. Полный перечень продуктов коксохимической переработки каменного угля занимает несколько страниц.
Как складывается стоимость угля?
Кокосовый уголь - что это?
Один из видов древесного угля - кокосовый уголь, который изготавливают из скорлупы орехов. Его можно применять в мангалах, грилях, барбекю. Он горит гораздо дольше другого древесного угля, не имеет запаха, в нем нет серы, он не воспламеняется от капающего жира. Очищенный кокосовый уголь может использоваться для кальяна, т. к. при использовании не имеет ни запаха, ни вкуса. После специальной обработки (активирования) рабочая поверхность каждого кусочка угля увеличивается в несколько раз (и он становится прекрасным адсорбентом). Использование кокосового угля в фильтрах для очистки воды дает прекрасные результаты.
Применение его настолько многофункционально, что порой просто диву даешься. В такие моменты, невольно закрадывается сомнение, а в голове звучит вполне логический вопрос: «Что? Это все уголь?!». Все привыкли считать уголь всего лишь горючим материалом, но, на самом деле, спектр применения его настолько широк, что кажется просто невероятным.
Образование и происхождение пластов каменного угля
Появление каменного угля на Земле относится к далекой Палеозойской эре, когда планета находилась еще в стадии развития и имела совершенно чуждый для нас вид. Формирование пластов каменного угля началось примерно 360.000.000 лет назад. Происходило это в основном в донных отложениях доисторических водоемов, где миллионы лет накапливались органические материалы.
Проще говоря, уголь - это останки тел гигантских животных, стволов деревьев и прочих живых организмов, погружавшихся на дно, истлевавших и прессовавшихся под толщей воды. Процесс формирования залежей довольно длительный, и для образования угольного пласта требуется как минимум 40.000.000 лет.
Добыча каменного угля
Люди очень давно поняли, насколько важен и незаменим и применение же его смогли оценить и приспособить с таким размахом относительно недавно. Масштабная разработка месторождений угля началась лишь в XVI-XVII вв. в Англии, а добытый материал использовался в основном для выплавки чугуна, необходимого для изготовления пушек. Но добыча его по нынешним меркам была столь ничтожна, что промышленной ее никак нельзя назвать.
Крупномасштабная добыча началась только ближе к середине XIX в., когда развивающейся индустриализации стал просто необходим каменный уголь. Применение его, впрочем, в то время ограничивалось исключительно сжиганием. Сейчас во всем мире работают сотни тысяч шахт, в день добывающих больше, чем за несколько лет в XIX в.
Разновидности каменного угля
Залежи пластов угля могут достигать глубины нескольких километров, уходящих в толщу земли, но не всегда и не везде, потому как он и по содержанию, и по внешнему виду неоднороден.
Различают 3 основных вида этого ископаемого: антрацитный, бурый уголь, а также торф, который очень отдаленно напоминает уголь.
Антрацит самое древнее образование на планете подобного рода, средний возраст этого вида составляет 280.000.000 лет. Он очень твердый, имеет высокую плотность, а содержание в нем углерода составляет 96-98%.
Твердость и плотность относительно невелика так же, как и содержание в нем углерода. Он имеет нестойкую, рыхлую структуру и к тому же перенасыщен водой, содержание которой в нем может доходить до 20%.
Торф тоже относят к разновидности угля, но еще не сформировавшегося, поэтому к каменному углю он не имеет никакого отношения.
Свойства каменного угля
Сейчас уже трудно себе представить другой материал более полезный и практичный, чем каменный уголь, основные свойства и применение которого заслуживают высочайшей оценки. Благодаря содержащимся в нем веществам и соединениям, он стал просто незаменимым во всех сферах современной жизни.
Составляющая каменного угля выглядит таким образом:
Все эти компоненты и делают каменный уголь, применение и использование которого является таким многофункциональным. Летучие вещества, содержащиеся в угле, обеспечивают быстрое воспламенение с последующим достижением высоких температур. Содержание влаги упрощает переработку каменного угля, калорийность делает его использование незаменимым в фармацевтике и косметологии, зола сама по себе является ценным минеральным материалом.
Применение каменного угля в современном мире
Различно применение полезных ископаемых. Каменный уголь изначально был только источником тепла, потом энергии (превращал воду в пар) теперь же в этом плане возможности угля просто неограниченны.
Тепловую энергию от сжигания угля преобразовывают в электрическую, из него изготавливают коксохимическую продукцию и извлекают жидкое топливо. Каменный уголь - единственная порода, в которой в виде примесей содержатся такие редкие металлы, как германий и галлий. Из него добывают перерабатываемый потом в бензол, из которого выделяют кумароновую смолу, идущую на изготовление всевозможных красок, лаков, линолеума и резины. Из каменного угля получают фенолы и пиридиновые основания. При переработке находит каменный уголь применение в производстве ванадия, графитов, серы, молибдена, цинка, свинца и еще множества ценных и незаменимых сейчас продуктов.
Шарообразна, однако, это не идеальный шар. Из-за вращения планета немного сплюснута у полюсов, такую фигуру принято называть сфероидом или геоидом — «подобным земле».
Земля огромна, ее размер трудно представить. Основные параметры нашей планеты следующие:
- Диаметр — 12570 км
- Длина экватора — 40076 км
- Длина любого меридиана - 40008 км
- Общая площадь поверхности Земли — 510 млн. км2
- Радиусу полюсов - 6357 км
- Радиусу экватора — 6378 км
Земля одновременно вращается вокруг солнца и вокруг собственной оси.
Земля вращается вокруг наклонной оси с запада на восток. Половина земного шара освещается солнцем, там в это время день, вторая половина находится в тени, там ночь. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи. Один оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа — сутки.
Из-за вращения происходит отклонение движущихся потоков (рек, ветров) в северном полушарии — вправо, а в южном — влево.
Вращение Земли вокруг Солнца
Вокруг солнца Земля вращается по круговой орбите, полный оборот совершается за 1 год. Земная ось не вертикальна, она наклонена под углом 66,5° к орбите, угол этот остается постоянным во время всего вращения. Главным следствием этого вращения является смена времен года.
Рассмотрим крайние точки вращения Земли вокруг Солнца.
- 22 декабря — день зимнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу (солнце находится в зените) в этот момент находится южный тропик — поэтому в южном полушарии лето, в северном – зима. Ночи в южном полушарии короткие, на южном полярном круге 22 декабря день длится 24 часа, ночь не наступает. В северном полушарии все, наоборот, на северном полярном круге ночь длится 24 часа.
- 22 июня — день летнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу находится северный тропик, в северном полушарии лето, в южном – зима. На южном полярном круге ночь длится 24 часа, а на северном ночь не наступает вовсе.
- 21 марта, 23 сентября — дни весеннего и осеннего равноденствий Ближе всего к солнцу находится экватор, день равен ночи в обоих полушариях.
Движение вокруг оси вращения является одним из распространенных видов перемещения объектов в природе. В данной статье этот тип движения рассмотрим с точки зрения динамики и кинематики. Также приведем формулы, связывающие основные физические величины.
О каком движении пойдет речь?
В буквальном смысле речь пойдет о перемещении тел по окружности, то есть об их вращении. Ярким примером такого движения является вращение колеса автомобиля или велосипеда во время перемещения транспортного средства. Вращение вокруг своей оси фигуриста, выполняющего сложные пируэты на льду. Или вращение нашей планеты вокруг Солнца и вокруг собственной, наклонной к плоскости эклиптики, оси.
Как можно заметить, важным элементом рассматриваемого типа движения является ось вращения. Каждая точка тела произвольной формы совершает вокруг нее круговые движения. Расстояние от точки до оси называют радиусом вращения. От его значения зависят многие свойства всей механической системы, например момент инерции, линейная скорость и другие.
Если причиной линейного поступательного перемещения тел в пространстве является действующая на них внешняя сила, то причиной движения вокруг оси вращения является внешний момент силы. Эта величина описывается как векторное произведение приложенной силы F¯ на вектор расстояния от точки ее приложения до оси r¯, то есть:
Действие момента M¯ приводит к появлению углового ускорения α¯ в системе. Обе величины связаны друг с другом через некоторый коэффициент I следующим равенством:
Величина I называется моментом инерции. Он зависит как от формы тела, так и от распределения массы внутри него и от расстояния до оси вращения. Для материальной точки он вычисляется по формуле:
Если внешний равен нулю, тогда система сохраняет свой момент импульса L¯. Это еще одна векторная величина, которая, согласно определению, равна:
Здесь p¯ - импульс линейный.
Закон сохранения момента L¯ принято записывать в таком виде:
Где ω - скорость угловая. О ней речь пойдет дальше в статье.
Кинематика вращения
В отличие от динамики, этот раздел физики рассматривает исключительно практические важные величины, связанные с изменением во времени положения тел в пространстве. То есть объектом изучения кинематики вращения являются скорости, ускорения и углы поворота.
Для начала введем угловую скорость. Под ней понимают угол, на который тело совершает поворот за единицу времени. Формула для мгновенной угловой скорости имеет вид:
Если за одинаковые промежутки времени тело совершает повороты на равные углы, тогда вращение называют равномерным. Для него справедлива формула для средней угловой скорости:
Измеряется ω в радианах в секунду, что в системе СИ соответствует обратным секундам (с -1).
В случае неравномерного вращения используют понятие углового ускорения α. Оно определяет скорость изменения во времени величины ω, то есть:
α = dω/dt = d 2 θ/dt 2
Измеряется α в радианах в секунду квадратную (в СИ - с -2).
Если тело изначально вращалось равномерно со скоростью ω 0 , а затем начало увеличивать свою скорость с постоянным ускорением α, тогда такое движение можно описать следующей формулой:
θ = ω 0 *t + α*t 2 /2
Это равенство получается при интегрировании по времени уравнений угловой скорости. Формула для θ позволяет рассчитать число оборотов, которое сделает система вокруг оси вращения за время t.
Линейная и угловая скорости
Обе скорости друг с другом связаны. Когда говорят о скорости вращения вокруг оси, то могут иметь в виду как линейную, так и угловую характеристику.
Предположим, что некоторая материальная точка вращается вокруг оси на расстоянии r со скоростью ω. Тогда ее линейная скорость v будет равна:
Разница между линейной и угловой скоростью является существенной. Так, ω при равномерном вращении от расстояния до оси не зависит, величина же v линейно возрастает с увеличением r. Последний факт объясняет, почему при увеличении радиуса вращения сложнее удерживать тело на круговой траектории (увеличивается его линейная скорость и, как следствие, инерционные силы).
Задача на вычисление скорости вращения вокруг своей оси Земли
Каждый знает, что наша планета в Солнечной системе совершает два вида вращательного движения:
- вокруг своей оси;
- вокруг звезды.
Вычислим скорости ω и v для первого из них.
Угловую скорость определить не сложно. Для этого вспомним, что полный оборот, равный 2*pi радиан, планета совершает за 24 часа (точное значение 23 ч 56 мин. 4,1 сек.). Тогда значение ω будет равно:
ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 рад/с
Рассчитанное значение является небольшим. Покажем теперь, как сильно абсолютная величина ω отличается от таковой для v.
Рассчитаем линейную скорость v для точек, лежащих на поверхности планеты, на широте экватора. Поскольку Земля является сплюснутым шаром, то экваториальный радиус немного больше полярного. Он составляет 6378 км. Пользуясь формулой связи двух скоростей, получаем:
v = ω*r = 7,27*10 -5 *6378000 ≈ 464 м/с
Полученная скорость равна 1670 км/ч, что больше скорости звука в воздухе (1235 км/ч).
Вращение Земли вокруг своей оси приводит к появлению так называемой кориолисовой силы, которую следует учитывать при полете баллистических ракет. Также она является причиной многих атмосферных явлений, например отклонения направления ветров пассатов к западу.
На протяжении очень долгого времени люди думали, что наша планета имеет сплющенную форму и лежит на 3-х китах. Человек не в силах заметить ее вращение, находясь на ней самой. Причина этому в размерах. Они имеют огромное значение! Размеры человека слишком ничтожны по отношению к размерам земного шара. Время шло вперед, наука прогрессировала, а вместе с ней и представления людей о собственной планете.
К чему же мы пришли сегодня? Правда ли то, что а не наоборот? Какие еще астрономические познания в этой области имеют силу? Обо всем по порядку.
По своей оси
Сегодня нам известно, что принимает одновременное участие в двух видах своего движения: Земля вращается вокруг Солнца и по собственной воображаемой оси. Да, именно оси! У нашей планеты есть воображаемая линия, которая «пронзает» поверхность земли в двух ее полюсах. Проведите мысленно ось в небо, и она пройдет рядом с Полярной звездой. Именно поэтому эта точка всегда кажется нам неподвижной, а небо как будто бы вращается. Мы-то думаем, что движутся с востока на запад, однако отметим, что это нам только кажется! Такое движение - видимое, поскольку это отражение настоящего обращения планеты - по оси.
Суточное вращение длится ровно 24 часа. Другими словами, за одни сутки земной шар выполняет один полноценный круг по собственной оси. Каждая из земных точек сначала проходит освещенную сторону, затем - темную. А через сутки все опять повторяется.
Для нас это выглядит как постоянная смена дней и ночей: утро - день - вечер - утро… Если бы планета таким образом не вращалась, то на стороне, обращенной к свету, был бы вечный день, а на противоположной - вечная ночь. Какой ужас! Хорошо, что это не так! В общем, с суточным вращением мы разобрались. Теперь давайте узнаем, сколько раз Земля вращается вокруг Солнца.
Солнечный «хоровод»
Этого мы также не заметим невооруженным взглядом. Однако сие явление можно почувствовать. Все мы прекрасно знаем, теплые и холодные времена года. Но что общего между ними и движениями планеты? Да все у них общее! Земля вращается вокруг Солнца за триста шестьдесят пять суток или за один год. Кроме этого, наш земной шар - участник и других движений. Например, вместе с Солнцем и своими «коллегами»-планетами Земля движется относительно собственной галактики - Млечного Пути, в свою очередь, движущейся относительно своих «коллег» - других галактик.
Важно знать, что во всей Вселенной ничего неподвижного не бывает, все течет и изменяется! Отметим, что видимое нами движение небесного светила - это всего лишь отражение вращающейся планеты.
А верна ли теория?
Сегодня многие люди стараются доказать обратное: они считают, что не Земля вращается вокруг Солнца, а напротив, небесное светило вокруг земного шара. Некоторые ученые говорят о совместном движении Земли и Солнца, которое происходит относительно друг друга. Возможно, когда-то мировые ученые умы перевернут «с ног на голову» все известные сегодня научные представления о космосе! Итак, все точки над «и» расставлены, и мы с вами узнали, что вокруг Солнца (со скоростью, кстати, примерно 30 километров в секунду), причем полный оборот она делает за 365 суток (или 1 год), вместе с тем по своей оси наша планета оборачивается за сутки (24 часа).