Tốc độ quay của Trái đất quanh Mặt trời

Trái Đất quay quanh Mặt Trời một vòng trong thời gian một năm (trung bình là 365 ngày). Biết vận tốc quay của Trái Đất bằng 108000km/h.. Bài 2.8 trang 6 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8 – Bài 2: Vận tốc

Trái Đất quay quanh Mặt Trời một vòng trong thời gian một năm (trung bình là 365 ngày). Biết vận tốc quay của Trái Đất bằng 108000km/h.

Lấy π = 3,14 thì giá trị trung bình bán kính quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời là:

A. 145 000 000km                                B. 150 000 000km

C. 150 649 682km                                D. 149 300 000km

Quảng cáo - Advertisements

=> Chọn C

Chiều dài 1 vòng mà trái đất quay trong 1 năm:

s = v.t = 365 x 24 x 108 000 = 946 080 000 km

Bán kính quỹ đạo của trái đất: \(R = {S \over {2\pi }} \simeq 150649682\) km

Ngày nay chúng ta đều đã biến rằng Trái đất luôn chuyển động không ngừng. Tuy vậy, không phải ai cũng biết tốc độ quay của Trái đất.

Một số nhà thiên văn học xa xưa nhất đề xuất rằng chúng ta sinh sống trong một vũ trụ địa tâm, nghĩa là Trái đất là trung tâm của vạn vật. Họ nói rằng Mặt trời quay xung quanh chúng ta, gây ra cảnh bình minh và hoàng hôn – mặt trăng và các hành tinh cũng chuyển động xung quanh chúng ta. Nhưng có những thứ nhất định không hoạt động được theo quan niệm này. Thỉnh thoảng, một hành tinh sẽ đi giật lùi trên bầu trời trước khi hồi phục chuyển động về phía trước của nó.

Ngày nay chúng ta biết rằng chuyển động này – gọi là chuyển động nghịch hành – xảy ra khi Trái đất “đuổi theo” một hành tinh khác trên quỹ đạo của nó. Ví dụ, Hỏa tinh quay xung quanh Mặt trời ở cự li xa hơn Trái đất. Tại một điểm trên quỹ đạo tương ứng của Trái đất và Hỏa tinh, chúng ta đuổi theo Hành tinh Đỏ và qua mặt nó. Khi chúng ta đi qua nó, Hành tinh Đỏ chuyển động ngược lại trên bầu trời. Rồi nó chuyển động về phía trước trở lại sau khi chúng ta đã vượt qua nó.

Một mảnh bằng chứng khác cho hệ mặt trời nhật tâm có từ quan sát thị sai, hay sự biến đổi biểu kiến vị trí của các sao so với nhau. Lấy một ví dụ đơn giản của thị sai, hãy giơ ngón tay trỏ trước mặt cách mắt bạn một khoảng bằng độ dài cánh tay. Hãy nhìn vào nó chỉ bằng mắt trái, nhắm mắt phải lại. Sau đó nhắm mắt trái lại, và nhìn vào ngón tay bằng mắt phải. Vị trí biểu kiến của ngón tay thay đổi. Đó là vì mắt trái và mắt phải của bạn nhìn vào ngón tay với góc nhìn hơi khác nhau.

Điều tương tự xảy ra trên Trái đất khi chúng ta ngắm sao. Chúng ta quay xung quanh Mặt trời mỗi vòng mất khoảng 365 ngày. Nếu chúng ta nhìn vào một ngôi sao ở gần vào mùa hè, rồi nhìn vào nó lần nữa vào mùa đông, thì vị trí biểu kiến của nó trên bầu trời thay đổi bởi vì chúng ta ở những điểm khác nhau trên quỹ đạo. Ta nhìn thấy ngôi sao từ những điểm ngắm khác nhau. Với một chút tính toán, sử dụng thị sai ta còn có thể tính ra khoảng cách đến ngôi sao đó.

Chúng ta tự quay bao nhanh?

Chuyển động tự quay của Trái đất là không đổi, nhưng tốc độ còn tùy thuộc vào bạn ở vĩ độ bao nhiêu. Đây là một thí dụ. Theo NASA, chu vi của Trái đất đo theo xích đạo vào khoảng 24.898 dặm (40.070 km). Nếu bạn ước tính một ngày dài 24 giờ, thì bạn hãy chia chu vi trên cho độ dài của ngày. Kết quả là tốc độ tại xích đạo vào khoảng 1037 dặm/giờ (1670 km/h).

Tuy nhiên, ở những vĩ độ khác bạn sẽ không chuyển động nhanh như vậy. Nếu chúng ta di chuyển lên vĩ độ 45 độ (bắc hoặc nam), bạn tính được tốc độ bằng cách sử dụng cosin (một hàm lượng giác) của vĩ độ. Một chiếc máy tính bỏ túi sẽ cho bạn giá trị hàm cosin ngay nếu bạn không biết cách tính. Cosin của 45 độ là 0,707, cho nên tốc độ tại vĩ độ 45o xấp xỉ bằng 0,707  1037 = 733 dặm/giờ (1180 km/h). Tốc độ càng giảm khi bạn càng tiến về phía bắc hay phía nam. Còn lúc bạn đi tới Cực Bắc hoặc Cực Nam, thì tốc độ của bạn thật sự rất chậm – mất cả ngày trời để quay tại chỗ.

Các cơ quan không gian thích khai thác chuyển động tự quay của Trái đất. Nếu đưa người lên Trạm Vũ trụ Quốc tế, chẳng hạn, vị trí ưu tiên là ở gần xích đạo. Đó là lí do các sứ mệnh tàu con thoi ở Mĩ thường được phóng từ Florida. Chọn địa điểm như vậy và phóng phi thuyền thuận chiều tự quay của Trái đất, các tên lửa nhận được cú bồi tốc độ để giúp chúng bay vào không gian.

Trái đất quay quanh Mặt trời bao nhanh?

Tất nhiên, chuyển động tự quay của Trái đất không phải là chuyển động duy nhất mà chúng ta có trong không gian. Theo Đại học Cornell, tốc độ quỹ đạo của chúng ta xung quanh Mặt trời vào khoảng 67.000 dặm/giờ (107.000 km/h). Bạn có tính ra đáp số trên bằng kiến thức hình học căn bản.

Trước tiên, ta phải tính xem Trái đất đi được bao xa. Trái đất mất 365 ngày để quay xung quanh Mặt trời. Quỹ đạo là một hình elip, nhưng để tiện tính toán, ta hãy giả sử là hình tròn. Như vậy, quỹ đạo của Trái đất là chu vi của một vòng tròn. Khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời  gọi là một đơn vị thiên văn  là 92.955.807 dặm (149.597.870 km), theo số liệu của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế. Đó là bán kính (r). Chu vi của vòng tròn bằng 2  r. Như vậy trong một năm, Trái đất đi được khoảng 584 triệu dặm (940 triệu km).

Vì tốc độ bằng quãng đường chia cho thời gian, nên tốc độ của Trái đất tính được bằng cách chia 584 triệu dặm (940 triệu km) cho 365,25 ngày rồi chia kết quả cho 24 giờ để thu được dặm/giờ hoặc km/h. Như vậy, Trái đất đi được khoảng 1,6 triệu dặm (2,6 triệu km) mỗi ngày, hay 66,627 dặm/giờ (107.226 km/h).

Mặt trời và thiên hà cũng chuyển động

Mặt trời có quỹ đạo của riêng nó trong Dải Ngân hà. Mặt trời ở cách tâm thiên hà khoảng 25.000 năm ánh sáng, và Ngân hà được cho là có đường kính cỡ khoảng 100.000 năm ánh sáng. Theo Đại học Stanford, chúng ta ở cách tâm thiên hà chừng nửa bán kính của nó. Mặt trời và hệ mặt trời đang chuyển động ở tốc độ 200 km/s, hay trung bình 828.000 km/h (515 dặm/giờ). Dù chuyển động nhanh như vậy, nhưng hệ mặt trời mất khoảng 230 triệu năm mới đi hết một vòng quanh Ngân hà.

Ngân hà cũng chuyển động trong không gian so với các thiên hà khác. Trong khoảng 4 tỉ năm tới, Ngân hà sẽ va chạm với thiên hà láng giềng gần nhất của nó, Thiên hà Andromeda. Hai thiên hà sẽ cày xới vào nhau ở tốc độ khoảng 70 dặm/giây (112 km/s).

Như vậy, vạn vật trong vũ trụ đều đang chuyển động không ngừng.

Chuyện gì xảy ra nếu Trái đất ngừng quay?

Khi Trái đất quay, bạn không thể bị văng ra ngoài không gian vì lực hấp dẫn của Trái đất quá mạnh so với chuyển động tự quay của nó. (Chuyển động tự quay này được gọi là gia tốc li tâm). Tại điểm mạnh nhất, tức là tại xích đạo, gia tốc li tâm chỉ khử được 0,3% trọng lực của Trái đất. Nói cách khác, bạn thậm chí chẳng để ý tới nó, mặc dù tại xích đạo bạn cân nhẹ hơn một chút so với tại hai địa cực.

NASA cho biết xác suất cho Trái đất ngừng tự quay “trên thực tế bằng không” trong vài tỉ năm tới, vì thế bạn có thể cảm thấy an toàn mà biết rằng bạn vẫn đang đứng yên. Tuy nhiên, trên lí thuyết, nếu Trái đất đột ngột ngừng quay, thì sẽ có hệ lụy khủng khiếp. Bầu khí quyển sẽ vẫn chuyển động ở tốc độ ban đầu của chuyển động tự quay của Trái đất. Điều này có nghĩa là mọi thứ sẽ bị quét sạch khỏi đất liền, kể cả con người, các công trình xây dựng và cả cây cối, đất đá vùng cao.

Vậy nếu quá trình dừng chuyển động diễn ra từ từ thì sao? Đây là kịch bản có khả năng xảy ra hơn trong hàng tỉ năm, theo NASA, bởi vì Mặt trời và Mặt trăng đang giằng xé chuyển động quay của Trái đất. Như thế sẽ có nhiều thời gian hơn cho loài người, giới động vật và thực vật thích nghi dần. Theo các định luật vật lí, chuyển động tự quay của Trái đất có thể giảm tới chậm nhất là một vòng quay trong 365 ngày. Tình huống đó được gọi là “đồng bộ mặt trời” và sẽ buộc một nửa hành tinh của chúng ta luôn luôn hướng về phía Mặt trời, và phía bên kia ở trong bóng đêm vĩnh cửu. Hãy so sánh: Mặt trăng của Trái đất đang chuyển động quay đồng bộ-Trái đất, trong đó một nửa Mặt trăng luôn luôn hướng về phía chúng ta, còn nửa kia hướng ra xa chúng ta.

Trở lại với kịch bản ngừng quay: Theo NASA, sẽ có một số hệ quả kì lạ khác nếu như Trái đất đột ngột ngừng quay. Trước tiên, từ trường có lẽ sẽ biến mất vì người ta nghĩ nó được tạo ra phần nào là do chuyển động quay. Chúng ta không còn được ngắm cực quang lộng lẫy màu sắc, và vành đai bức xạ Van Allen xung quanh Trái đất có lẽ sẽ biến mất. Khi đó, Trái đất sẽ trơ mình trần trước sự bắn phá của Mặt trời. Mỗi lần Mặt trời giải phóng một đợt phun trào vật chất vành nhật hoa (gồm các hạt tích điện) về phía Trái đất, nó sẽ đi tới mặt đất và đắm chìm vạn vật trong bức xạ. “Đây là một thảm họa sinh học nghiêm trọng,” theo NASA.

Một hệ quả kì lạ khác: đa số các nơi trên Trái đất sẽ có ban ngày trong nửa năm, và ban đêm trong nửa năm còn lại. Vào ban ngày, nhiệt độ bề mặt sẽ biến thiên phụ thuộc bạn ở vĩ độ bao nhiêu. Tại xích đạo sẽ còn nóng hơn so với hiện nay, vì ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên nó; hai địa cực sẽ không còn rõ rệt vì ánh sáng chênh lệch nữa. Vì không còn mặt trời mọc và mặt trời lặn, nên mặt trời sẽ chỉ di chuyển lên xuống trên bầu trời trong năm theo quỹ đạo và độ nghiêng của Trái đất.

Sự biến thiên nhiệt độ dài hạn này sẽ làm biến đổi vòng tuần hoàn gió trong khí quyển, gió thổi từ xích đạo về hai cực sẽ mạnh hơn gió thổi song song với xích đạo như hiện nay.

Mặc dù chúng ta không cảm thấy chuyển động trên Trái đất, nhưng nếu nhìn vào Trái đất trong vũ trụ, ta sẽ thấy nó đang chuyển động liên tục. Chúng ta biết rằng Trái đất quay và quay nhưng vẫn còn rất nhiều năng lượng mà con người chưa biết trong vũ trụ. Trái đất cũng đang chuyển động với tốc độ không thể tưởng tượng được trong vũ trụ bao la. Trái đất có thể di chuyển 32 triệu km trong một ngày vào lúc tốc độ nhanh nhất, vượt quá tầm nhận thức của nhiều người.

 

Trái đất là một trong 8 hành tinh trong hệ mặt trời, nó cũng là hành tinh thứ 3 gần Mặt trời, cách quả cầu lửa khoảng 150 triệu km. Tất cả các hành tinh của mặt trời đều có quỹ đạo riêng của chúng, xoay quanh Mặt trời và Trái đất cũng không ngoại lệ . Chu kỳ của Trái đất là 365,242 ngày, người ta gọi là 1 năm.

Trong thời cổ đại, con người không nhận ra rằng Trái đất đang chuyển động, và "lý thuyết địa tâm" là lý thuyết thống trị, cho rằng mặt trời quay quanh Trái đất. Nhà thiên văn Copernicus đã đưa ra "thuyết nhật tâm" nổi tiếng thông qua một số lượng lớn các quan sát về các thiên thể, ông tin rằng Trái đất quay quanh Mặt trời. Mãi đến thế kỷ 19, quan điểm của Copernicus mới được xác nhận rằng Trái đất thực sự quay .

Lúc đầu, Newton trong những năm cuối đời tin rằng vòng quay Trái đất là do Chúa gây ra vì niềm tin của ông vào thần học.

Hiện giới khoa học tin rằng Dải Ngân hà nguyên thủy là một tinh vân khí, các hạt trong đó quay với tốc độ cao sẽ trở thành hành tinh. Vũ trụ là một chân không và ma sát gần như bằng không, vì vậy những hành tinh này sẽ tiếp tục quay.

Để tìm tốc độ quay của trái đất, cần tính khoảng cách từ trái đất đến mặt trời. Theo tính toán của các nhà khoa học, khoảng cách trung bình từ trái đất đến mặt trời là 149,6 triệu km. Vòng quay của trái đất có tốc độ là 107.200 km một giờ. Tốc độ này có thể nói là rất nhanh, nhưng vẫn chậm hơn rất nhiều so với việc di chuyển 3.200 km một ngày.

Ngoài vòng quay của nó, trái đất cũng có vòng quay của riêng mình. Các nhà khoa học tin rằng "bảo toàn momen động lượng" là nguyên nhân gây ra chuyển động quay của trái đất và các ngôi sao khác, nhưng các nhà khoa học suy đoán rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động quay của trái đất, chẳng hạn như lực hấp dẫn của mặt trời, ma sát thủy triều của mặt trăng, địa chất của các hoạt động bên trong trái đất…

Trái đất phải mất 23 giờ 56 phút và 4 giây để quay quanh trục của trái đất, và chu vi của trái đất là 40070 km, tức là tốc độ quay của trái đất là 1670 km một giờ, rõ ràng là chậm hơn rất nhiều so với tốc độ quay của trái đất, và theo các nhà Thiên văn tính toán rằng vòng quay của Trái đất đang dần chậm lại.

Trong hơn 2.000 năm, tốc độ quay của trái đất đã chậm lại gần 2 giờ , và trong 200 triệu năm nữa, tốc độ quay của trái đất sẽ đạt 30 giờ, nghĩa là khi đó, một ngày sẽ là 24 giờ. giờ trở thành 30 giờ. Năm 2012, để giữ cho "thời gian" quay của Trái đất giống như "thời gian nguyên tử" được xác định bởi chu kỳ dao động nguyên tử, thời gian vào ngày 1/7 đã được tăng thêm 1 giây.

 

Tốc độ quay vòng của trái đất là tốc độ nó di chuyển trong hệ mặt trời, nhưng nó không phải là tốc độ nhanh nhất, vậy tốc độ nhanh nhất của trái đất ra đời như thế nào?

Trung tâm của hệ mặt trời là mặt trời, và các hành tinh trong đó đều xoay quanh mặt trời, một ngôi sao cùng tạo nên hệ mặt trời. Nhưng hệ mặt trời cũng không đứng yên, nó cũng chuyển động trong thiên hà lớn hơn, và trái đất chuyển động quanh thiên hà cùng nhau trong hệ mặt trời.

Hệ Mặt trời nằm trên Cánh tay Orion của Dải Ngân hà, cách trung tâm của Dải Ngân hà 30.000 năm ánh sáng. Quỹ đạo của Dải Ngân hà cũng gần giống hình elip, trong những thời kỳ khác nhau, khoảng cách giữa hệ mặt trời và trung tâm của dải Ngân hà cũng sẽ thay đổi, có khi khoảng cách gần hơn có lúc lại xa hơn.

Mất khoảng 250 triệu năm để hệ mặt trời quay quanh trung tâm thiên hà với tốc độ 792.000 km/h, trong một ngày, hệ mặt trời đã di chuyển 1.900 km, và trái đất của chúng ta cũng duy trì tốc độ như vậy. Tốc độ này đã vượt xa tốc độ quay và quay của trái đất, nhưng đây không phải là tốc độ nhanh nhất của trái đất, vì Dải Ngân hà vẫn đang di chuyển khắp vũ trụ.

Toàn bộ thiên hà cũng đang chuyển động với tốc độ cực nhanh, hệ mặt trời và trái đất trong thiên hà cũng đang chuyển động với tốc độ này. Ở cấp độ vĩ mô của vũ trụ, có Dải Ngân hà và thiên hà Andromeda lân cận M31, là những thành phần chính, ngoài thiên hà Tam giác M33 và 50 thiên hà khác, được hợp nhất dưới tác động của trọng lực vũ trụ, cùng nhau chúng tạo thành "Nhóm thiên hà cục bộ".

Các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng Dải Ngân hà di chuyển với tốc độ 600 km/giây trong vũ trụ, và một ngày là 47,52 triệu km. Với tốc độ này, trái đất của chúng ta là "cuồng phong" trong vũ trụ bao la, và nó có thể di chuyển 32 triệu km trong một ngày.

 

Dải Ngân hà đang va chạm với Thiên hà Tiên nữ với tốc độ cao. Hai thiên hà này cách nhau 2,54 triệu năm ánh sáng. Các nhà thiên văn tính toán rằng sau 3 đến 4 tỷ năm ánh sáng, Dải Ngân hà sẽ va chạm với Thiên hà Tiên nữ và sau đó hai thiên hà sẽ hợp nhất để tạo thành một thiên hà khổng lồ. Mặc dù vụ va chạm còn ở khoảng cách tương đối xa, nhưng mọi người lo ngại rằng nguồn năng lượng khổng lồ sinh ra từ vụ va chạm của hai thiên hà sẽ gây ra một vụ va chạm mạnh, không chỉ trái đất mà thậm chí toàn bộ vũ trụ sẽ bị ảnh hưởng.

Trong các thiên hà, khoảng cách giữa mỗi ngôi sao là tương đối xa, dù là ngôi sao hay hành tinh thì cũng khó có thể xảy ra va chạm vật lý. Ví dụ, khoảng cách giữa mặt trời và ngôi sao gần nhất của nó, Proxima Centauri, gấp 30 triệu lần đường kính của mặt trời, và không có vấn đề gì khi đặt thêm một vài hành tinh vào giữa chúng.

Và quá trình va chạm giữa Milky Way và Andromeda không xảy ra đột ngột, phải mất ít nhất một tỷ năm để chúng hợp nhất hoàn toàn . Trong quá trình này, các ngôi sao trong hai thiên hà sẽ đi qua nhau trong không gian trống, và rất có thể sẽ không va chạm. Sau khi hợp nhất hoàn toàn, các ngôi sao sẽ tiếp tục quay xung quanh cùng một lõi dưới tác dụng của lực hấp dẫn để tạo thành một thiên hà mới. Trên thực tế, hai thiên hà hiện đang ở rất gần, và quầng sáng của hai thiên hà đã bắt đầu chạm vào nhau. Quá trình này diễn ra rất lâu, và con người chúng ta có thể sẽ không thể trải qua những khoảnh khắc này sau hơn 3 tỷ năm ánh sáng.

Các nhà thiên văn học cũng phát hiện ra rằng trong khi Dải Ngân hà đang hướng về Andromeda, thì cả hai thiên hà đều hướng tới một nơi khác, được đặt tên là Điểm hấp dẫn khổng lồ, nằm tại một điểm dị thường hấp dẫn gần trung tâm của Siêu đám thiên hà Địa phương, 150 triệu đến 250 triệu năm ánh sáng từ Dải Ngân hà. Tổng khối lượng của các thiên hà tập trung ở đây có thể lên tới hơn 20.000 thiên hà, và các thiên hà xung quanh sẽ bị nó thu hút. Lực hút khổng lồ cũng có thể đóng một vai trò lớn trong quá trình Dải Ngân hà va chạm với thiên hà Andromeda.

Phần lõi của lực hút khổng lồ là cụm thiên hà Hình chữ nhật, nhưng khối lượng của cụm này gấp 10 ^ 15 lần khối lượng của mặt trời. Các nhà thiên văn học tin rằng điều này không thu hút các thiên hà xung quanh nó, và siêu đám Shapley đằng sau nó là mạnh mẽ hơn có thể.

Tuy nhiên, ngay cả khi lực hấp dẫn của lực hút khổng lồ lớn đến mức nào, nó cũng chỉ là một giọt nước trong đại dương. Phạm vi vũ trụ mà chúng ta đang quan sát hiện nay là 93 tỷ năm ánh sáng và phạm vi được điều khiển bởi lực hút khổng lồ là duy nhất khoảng vài trăm triệu ánh sáng xung quanh nó, và có rất nhiều nơi trong vũ trụ mà chúng ta chưa phát hiện ra.

Trong suy nghĩ của người bình thường, trái đất đã rất lớn, nhưng bên ngoài trái đất còn có nhiều khu vực khác nhau như hệ mặt trời, dải Ngân hà và các cụm sao. Trái đất có thể chỉ có kích thước bằng một hạt cát bên trong, và con người chúng ta thậm chí còn nhỏ hơn. Sự kết thúc của vũ trụ mà các nhà khoa học hiện đang dự đoán là Great Rip of the Universe, một loại năng lượng tối được gọi là "năng lượng ma" sẽ xé nát tất cả các thiên thể trong vũ trụ.

Vụ xé toạc vũ trụ sẽ xảy ra trong 90 tỷ năm nữa, nhưng sau 5 tỷ năm nữa, nhiên liệu hydro trong lõi của mặt trời sẽ cạn kiệt, khi đó loài người hoặc sẽ bị tuyệt chủng, hoặc sẽ tìm được một ngôi nhà mới trong vũ trụ. Vì vậy Khám phá vũ trụ không phải là cho vui, lãng phí mà nó thực sự liên quan đến số phận của con người chúng ta. Khám phá vũ trụ là một công việc không hề dễ dàng và đòi hỏi sự nỗ lực của nhiều thế hệ con người.