Тест по астрономии: Космические скорости (10-11 класс)
Тест по астрономии «Космические скорости» для 10-11 классов — это проверочная работа, предназначенная для оценки знаний учащихся о фундаментальных основах небесной механики и космонавтики. Вопросы охватывают физический смысл первой и второй космических скоростей, формы орбит небесных тел, историю освоения космоса и вклад великих ученых в развитие теории межпланетных перелетов.
1
Какое определение соответствует понятию «Первая космическая скорость» (V1V_1V1)?
Правильный ответ:
Минимальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником Земли (двигалось по круговой орбите)Пояснение:
Первая космическая скорость — это минимальная горизонтальная скорость, необходимая для того, чтобы тело не упало на поверхность планеты, а вышло на круговую орбиту вокруг неё. Для Земли эта величина составляет примерно 7,9 км/с. При этой скорости центростремительное ускорение спутника равно ускорению свободного падения.2
По какой траектории будет двигаться небесное тело, если ему сообщить у поверхности Земли скорость VVV, которая больше V1V_1V1, но меньше V2V_2V2 (V1
Правильный ответ:
По эллиптической орбите вокруг ЗемлиПояснение:
Если скорость тела превышает первую космическую (7,9 км/с), но не достигает второй (11,2 км/с), его кинетической энергии недостаточно, чтобы разорвать гравитационную связь с планетой. Орбита вытягивается, превращаясь из круговой в эллиптическую. Земля при этом находится в одном из фокусов этого эллипса.3
Какому значению приблизительно равна вторая космическая скорость для Земли?
Правильный ответ:
11,2 км/сПояснение:
Вторая космическая скорость для Земли составляет около 11,2 км/с. Это минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу, чтобы оно преодолело гравитационное притяжение планеты и ушло в межпланетное пространство, став спутником Солнца. Она в 2sqrt{2}24
Какую форму примет орбита тела, если ему сообщить скорость, точно равную второй космической (V=V2V = V_2V=V2)?
Правильный ответ:
ПараболаПояснение:
При достижении второй космической скорости полная механическая энергия тела становится равной нулю (относительно бесконечности). Траектория движения размыкается, и тело движется по параболе. Оно удаляется от притягивающего центра и никогда не возвращается назад, скорость его на бесконечности стремится к нулю.5
Кто из великих ученых впервые теоретически описал возможность создания искусственного спутника с помощью мысленного эксперимента с пушкой на горе?
Правильный ответ:
Исаак НьютонПояснение:
Исаак Ньютон в своем труде «Математические начала натуральной философии» предложил знаменитый мысленный эксперимент. Он представил пушку на вершине очень высокой горы. Если стрелять из нее с достаточной скоростью, ядро не упадет на Землю, а будет постоянно «падать» за горизонт, следуя кривизне планеты, и станет спутником.6
Что произойдет с телом, запущенным горизонтально с поверхности планеты, если его скорость будет меньше первой космической (V
Правильный ответ:
Оно упадет на поверхность планеты, двигаясь по дуге эллипсаПояснение:
Если скорость тела меньше первой космической, центростремительной силы недостаточно для удержания его на круговой орбите. Гравитация «пересилит» инерцию движения, и тело, описав баллистическую дугу (часть эллипса, фокус которого находится в центре Земли), упадет на поверхность.7
Какое соотношение связывает первую (V1V_1V1) и вторую (V2V_2V2) космические скорости?
Правильный ответ:
V2=2⋅V1V_2 = sqrt{2} cdot V_1V2=2Пояснение:
Вторая космическая скорость всегда больше первой в корень из двух раз (примерно в 1,41 раза). Это фундаментальное соотношение вытекает из законов сохранения энергии и механики Ньютона и справедливо для любого небесного тела, имеющего массу.8
Как называется скорость, необходимая для того, чтобы тело покинуло пределы Солнечной системы при запуске с Земли?
Правильный ответ:
Третья космическая скоростьПояснение:
Третья космическая скорость — это минимальная скорость, которую нужно сообщить телу у поверхности Земли, чтобы оно преодолело притяжение и Земли, и Солнца, навсегда покинув Солнечную систему. Её значение составляет приблизительно 16,7 км/с (при запуске в направлении орбитального движения Земли).9
Какому историческому событию соответствует полет со скоростью, близкой к первой космической?
Правильный ответ:
Полет Юрия Гагарина на корабле «Восток-1»Пояснение:
Полет Ю.А. Гагарина 12 апреля 1961 года стал первым пилотируемым полетом с первой космической скоростью. Корабль «Восток-1» вышел на околоземную орбиту, совершил один виток вокруг планеты за 108 минут и благополучно вернулся. Это доказало возможность жизни и деятельности человека в условиях космического полета.10
От каких параметров небесного тела зависит значение первой космической скорости на его поверхности?
Правильный ответ:
От массы небесного тела и его радиусаПояснение:
Первая космическая скорость определяется формулой V=GM/RV = sqrt{GM/R}V=GM/R11
Какую форму примет траектория космического аппарата, если его скорость превысит вторую космическую (V>V2V > V_2V>V2)?
Правильный ответ:
ГиперболическуюПояснение:
Если скорость тела больше второй космической, оно обладает избыточной кинетической энергией. Траектория такого движения представляет собой гиперболу. Тело уходит от притягивающего центра на бесконечность, сохраняя при этом некоторую конечную скорость (так называемый гиперболический избыток скорости).12
Чему примерно равна первая космическая скорость для Луны?
Правильный ответ:
1,68 км/сПояснение:
Так как масса Луны значительно меньше массы Земли (примерно в 81 раз), а радиус меньше земного (в 3,7 раза), сила тяжести на Луне слабее. Расчет по формуле первой космической скорости дает значение около 1,68 км/с. Это облегчает взлет с лунной поверхности по сравнению с земной.13
Почему первую космическую скорость также называют «круговой скоростью»?
Правильный ответ:
Потому что тело с такой скоростью движется по круговой орбите вокруг планетыПояснение:
Название «круговая скорость» отражает геометрический смысл движения. При точном соблюдении условия V=V1V = V_1V=V1 и горизонтальном направлении запуска, траектория спутника представляет собой окружность, центр которой совпадает с центром притягивающего тела.14
Какой отечественный ученый еще в конце XIX века вывел формулу, связывающую скорость ракеты с массой топлива, и заложил основы теории космических полетов?
Правильный ответ:
Константин ЦиолковскийПояснение:
Константин Эдуардович Циолковский, скромный калужский учитель, является основоположником теоретической космонавтики. Он вывел знаменитую формулу Циолковского, обосновал необходимость использования многоступенчатых «ракетных поездов» для достижения космических скоростей и предсказал появление орбитальных станций.15
Что происходит с полной механической энергией тела при движении по параболической траектории (со второй космической скоростью) относительно бесконечности?