Физика диаметр: Задание на расчёт диаметра провода — задание. Физика, 10 класс.

• Описать методы, используемые для определения диаметра звезд
• Определите части кривой блеска затменной двойной звезды, которые соответствуют диаметрам отдельных компонентов

Диаметр Солнца легко измерить. Его угловой диаметр, то есть его видимый размер на небе, составляет около 1/2°. Если мы знаем угол, под которым Солнце находится в небе, и как далеко оно находится, мы можем вычислить его истинный (линейный) диаметр, который равен 1,39.миллионов километров, или примерно в 109 раз больше диаметра Земли.

К сожалению, Солнце — единственная звезда, угловой диаметр которой легко измерить. Все остальные звезды находятся так далеко, что даже через самые большие наземные телескопы кажутся светящимися точками. (Они часто кажутся больше, но это просто искажение, вызванное турбулентностью в атмосфере Земли.) К счастью, есть несколько методов, которые астрономы могут использовать для оценки размеров звезд.

Звезды, заблокированные Луной

Один из методов, который дает очень точные диаметры, но может быть использован только для нескольких звезд, состоит в наблюдении затемнения света, которое происходит, когда Луна проходит перед звездой. Что астрономы измеряют (с большой точностью), так это время, необходимое для того, чтобы яркость звезды упала до нуля, когда край Луны движется по диску звезды. Поскольку мы знаем, как быстро Луна движется по своей орбите вокруг Земли, можно вычислить угловой диаметр звезды. Если известно и расстояние до звезды, мы можем вычислить ее диаметр в километрах. Этот метод работает только для довольно ярких звезд, которые расположены вдоль зодиака, где Луна (или, что гораздо реже, планета) может проходить перед ними, если смотреть с Земли.

Затменные двойные звезды

Точные размеры большого количества звезд получены из измерений затменных двойных звездных систем, поэтому мы должны сделать небольшое отступление от нашей основной истории, чтобы исследовать этот тип звездных систем. Некоторые двойные звезды выстроены таким образом, что при наблюдении с Земли каждая звезда проходит впереди другой во время каждого оборота (рис. \(\PageIndex{1}\)). Когда одна звезда блокирует свет другой, не давая ему достичь Земли, светимость системы уменьшается, и астрономы говорят, что произошло затмение.

Открытие первой затменной двойной звезды помогло решить давнюю загадку астрономии. Звезда Алголь в созвездии Персея меняет свою яркость странным, но регулярным образом. Обычно Алголь — довольно яркая звезда, но с интервалом в 2 дня 20 часов 49 минут она тускнеет до одной трети своей обычной яркости. Через несколько часов цвет снова становится нормальным. Этот эффект легко увидеть даже без телескопа, если знать, что искать.

В 1783 году молодой английский астроном по имени Джон Гудрик (1764–1786) тщательно изучил Алгол (см. статью о Джоне Гудрике в разделе 19)..3 для обсуждения его жизни и творчества). Хотя Гудрик не мог ни слышать, ни говорить, за 21 год своей короткой жизни он сделал ряд важных открытий. Он предположил, что необычные изменения яркости Алгола могут быть связаны с невидимым компаньоном, который регулярно проходит перед более яркой звездой и блокирует ее свет. К сожалению, у Гудрик не было возможности проверить эту идею, так как только столетие спустя оборудование стало достаточно хорошим для измерения спектра Алгола.

В 1889 году немецкий астроном Герман Фогель (1841–1907) продемонстрировал, что, как и Мицар, Алголь является спектрально-двойной системой. Спектральные линии Алголя не были замечены двойными, потому что более слабая звезда из пары испускает слишком мало света по сравнению с более яркой звездой, чтобы ее линии были заметны в составном спектре. Тем не менее периодическое смещение линий более яркой звезды вперед и назад указывало на то, что она вращалась вокруг невидимого компаньона. (Линии обоих компонентов не обязательно должны быть видны, чтобы звезда была признана спектрально-двойной.)

Открытие того, что Алгол представляет собой спектрально-двойную систему, подтвердило гипотезу Гудрика. Плоскость, в которой вращаются звезды, повернута почти ребром к нашему лучу зрения, и каждая звезда проходит перед другой во время каждого оборота. (Затмение более слабой звезды в системе Алголя не очень заметно, потому что покрытая часть звезды дает небольшой вклад в общий свет системы. Однако это второе затмение можно обнаружить с помощью тщательных измерений.)

Любой двойная звезда производит затмения, если смотреть с правильного направления, вблизи плоскости ее орбиты, так что одна звезда проходит впереди другой (см. рисунок \(\PageIndex{1}\)). Но с нашей точки зрения на Земле только несколько двойных звездных систем ориентированы таким образом.

АСТРОНОМИЯ И МИФОЛОГИЯ: АЛГОЛ, ДЕМОН-ЗВЕЗДА И ПЕРСЕЙ-ГЕРОЙ

Имя Алгол происходит от арабского Рас-аль-Гул , что означает «голова демона». ¹ Слово «упырь» в английском языке имеет такое же происхождение. Как обсуждалось в книге «Наблюдение за небом: рождение астрономии», многие яркие звезды имеют арабские имена, потому что в течение долгих темных веков в средневековой Европе именно арабские астрономы сохранили и расширили греческие и римские знания о небе. Упоминание демона является частью древнегреческой легенды о герое Персее, память которого отмечена созвездием, в котором мы находим Алголя, и в чьих приключениях участвуют многие персонажи, связанные с северными созвездиями.

Персей был одним из многих героев-полубогов, рожденных от Зевса (Юпитера в римской версии), царя богов в греческой мифологии.

В момент всепоглощающей гордости красивая молодая женщина по имени Медуза сравнила свои золотые волосы с волосами богини Афины (Минервы у римлян). Греческие боги не любили, когда их сравнивали с простыми смертными, и Афина превратила Медузу в горгону: отвратительное злое существо с извивающимися змеями вместо волос и лицом, превращавшим любого, кто взглянул на него, в камень. Персею было дано задание убить этого демона, что казалось довольно верным способом навсегда убрать его с дороги.

Но поскольку отцом Персея был бог, другие боги дали ему инструменты для работы, в том числе отражающий щит Афины и крылатые сандалии Гермеса (Меркурия в римской истории). Пролетев над ней и глядя только на ее отражение, Персей смог отрубить Медузе голову, ни разу не взглянув на нее прямо. Взяв с собой ее голову (которая, кстати, могла обращать зрителей в камень, даже не будучи прикрепленной к ее телу), Персей отправился в другие приключения.

Затем он пришел к скалистому морскому берегу, где хвастовство навлекло на другую семью серьезные неприятности с богами. Царица Кассиопея осмелилась сравнить свою красоту с нереидами, морскими нимфами, дочерьми Посейдона (Нептуна в римской мифологии), бога моря. Посейдон был так оскорблен, что создал морского чудовища по имени Цетус, чтобы опустошить королевство. Царь Цефей, осажденный муж Кассиопеи, посоветовался с оракулом, который сказал ему, что он должен принести в жертву чудовищу свою прекрасную дочь Андромеду.

Когда Персей пришел и нашел Андромеду, прикованную к скале у моря, ожидающую своей участи, он спас ее, превратив чудовище в камень. (Исследователи мифологии на самом деле прослеживают суть этой истории до гораздо более древних легенд древней Месопотамии, в которых бог-герой Мардук побеждает чудовище по имени Тиамат. Символически герой, подобный Персею или Мардуку, обычно ассоциируется с Солнцем, чудовище с силой ночи, и прекрасная дева с хрупкой красотой зари, которую выпускает Солнце после своей ночной борьбы с тьмой.)

Многие персонажи этих греческих легенд можно найти в виде созвездий на небе, не обязательно напоминающих своих однофамильцев, но служащих напоминанием об истории. Например, тщеславная Кассиопея обречена находиться очень близко к небесному полюсу, вечно вращаться по небу и каждую зиму висеть вниз головой. Древние представляли себе Андромеду все еще прикованной к своей скале (гораздо легче увидеть цепочку звезд, чем узнать прекрасную деву в этой звездной группе). Рядом с ней Персей с головой Медузы, свисающей с его пояса. Алгол представляет эту голову горгоны и долгое время ассоциировался в таких сказках со злом и несчастьем. Некоторые комментаторы предположили, что изменение яркости звезды (которое можно наблюдать невооруженным глазом) могло способствовать ее неприятной репутации, поскольку древние считали такое изменение своего рода зловещим «подмигиванием».

Диаметры затменных двойных звезд

Теперь вернемся к основной теме нашего рассказа, чтобы обсудить, как все это можно использовать для измерения размеров звезд. Техника включает в себя построение кривой блеска затменной двойной звезды, графика, показывающего, как яркость меняется со временем. Давайте рассмотрим гипотетическую двойную систему, в которой звезды сильно различаются по размеру, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Чтобы упростить жизнь, предположим, что орбита просматривается точно с ребра.

Хотя в такой системе мы не можем видеть две звезды по отдельности, кривая блеска может сказать нам, что происходит. Когда меньшая звезда только начинает проходить позади большей звезды (точка, которую мы называем первым контактом ), яркость начинает падать. Затмение становится полным (меньшая звезда полностью скрыта) в точке, называемой вторым контактом . В конце полного затмения ( третье контакт ) , начинает появляться меньшая звезда. Когда меньшая звезда достигает последний контакт , затмение полностью закончилось.

Чтобы увидеть, как это позволяет нам измерять диаметры, внимательно посмотрите на рисунок \(\PageIndex{2}\). За время между первым и вторым контактами меньшая звезда переместилась на расстояние, равное ее собственному диаметру. За время от первого до третьего контакта меньшая звезда переместилась на расстояние, равное диаметру большей звезды. Если в спектре двойной видны спектральные линии обеих звезд, то скорость меньшей звезды относительно большей можно измерить по доплеровскому смещению. Но зная скорость, с которой движется меньшая звезда и сколько времени потребовалось, чтобы преодолеть некоторое расстояние, можно определить продолжительность этого расстояния — в данном случае диаметры звезд. Скорость, умноженная на интервал времени от первого до второго контакта, дает диаметр меньшей звезды. Умножаем скорость на время между первым и третьим контактами, чтобы получить диаметр большей звезды.

В действительности ситуация с затменно-двойными звездами часто немного сложнее: орбиты, как правило, не видны точно с ребра, и свет от каждой звезды может быть лишь частично перекрыт другой. Кроме того, орбиты двойных звезд, как и орбиты планет, представляют собой эллипсы, а не окружности. Однако все эти эффекты можно разобрать при очень тщательных измерениях кривой блеска. 92 \nonumber\]

Тогда светимость (\(L\)) звезды определяется как площадь ее поверхности в квадратных метрах, умноженная на поток энергии:

\[L=(A \times F)\]

Ранее мы определили массы двух звезд в двойной системе Сириуса. Сириус излучает в 8200 раз больше энергии, чем его более слабая звезда-компаньон, хотя обе звезды имеют почти одинаковую температуру. Чрезвычайно большая разница в светимости связана с разницей в радиусе, поскольку температуры и, следовательно, потоки энергии для двух звезд почти одинаковы. Для определения относительных размеров двух звезд возьмем отношение соответствующих светимостей: 92_{\text{companion}}} \end{array} \nonumber\]

Таким образом, относительные размеры двух звезд можно найти, взяв квадратный корень из относительной светимости. Поскольку \(\sqrt{8200} = 91\), радиус Сириуса в 91 раз больше, чем радиус его слабого компаньона.

Показанный здесь метод определения радиуса требует, чтобы обе звезды были видны, что не всегда так.

Звездные диаметры

Результаты многих измерений размеров звезд за прошедшие годы показали, что большинство близлежащих звезд примерно такого же размера, как Солнце, с типичным диаметром в миллион километров или около того. Слабые звезды, как и следовало ожидать, обычно меньше, чем более яркие звезды. Однако есть несколько драматических исключений из этого простого обобщения.

Некоторые из очень ярких звезд, которые также имеют красный цвет (указывающий на относительно низкую температуру поверхности), оказываются поистине огромными. Эти звезды достаточно уместно называются звездами-гигантами или звездами-сверхгигантами. Примером может служить Бетельгейзе, вторая по яркости звезда в созвездии Ориона и одна из дюжины самых ярких звезд на нашем небе. Примечательно, что его диаметр превышает 10 а.е. (1,5 миллиардов километров!), достаточно большой, чтобы заполнить всю внутреннюю Солнечную систему почти так же далеко, как Юпитер. В книге «Звезды от юности до старости» мы подробно рассмотрим эволюционный процесс, который приводит к образованию таких звезд-гигантов и сверхгигантов.

Посмотрите это видео со сравнением размеров звезд, чтобы увидеть поразительное наглядное представление о размерах звезд и планет, а также о диапазоне размеров звезд.

Сводка

Диаметры звезд можно определить, измерив время, которое требуется объекту (Луне, планете или звезде-компаньону), чтобы пройти перед ним и заблокировать его свет. Диаметры членов затменных двойных систем (где звезды проходят друг перед другом) можно определить путем анализа их орбитальных движений.

Footnotes

³ Поклонники комиксов и фильмов о Бэтмене узнают, что это имя было дано главному злодею в сериале.

Глоссарий

затменно-двойная система

двойная звезда, у которой плоскость вращения двух звезд почти обращена к нашему лучу зрения, так что свет одной звезды периодически ослабляется другой, проходящей перед ней

Эта страница под названием 18.3: Diameters of Stars распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. затменно-двойная система
   2. источник@https://openstax. org/details/books/astronomy
   3. Закон Стефана-Больцмана

Диаметр, определение и значение — Merriam-Webster

день di-ˈa-mə-tər 

1

математика : хорда (см. аккорд 3 смысл 2), проходящая через центр фигуры или тела

2

математика : длина прямой линии, проходящей через центр объекта или пространства.

диаметр круга

выкопал яму почти четыре фута в диаметре

3

физика : единица увеличения, используемая с числом для обозначения увеличения линзой или оптической системой.

объект шириной один миллиметр, увеличенный на 40 диаметров, кажется шириной 40 миллиметров

диаметральный

dī-ˈa-mə-trəl

прилагательное

Примеры предложений

Пунктирная линия указывает диаметр окружности. Что такое диаметр ствола дерева? Выкопайте яму глубиной два фута и диаметром три фута .

Недавние примеры в Интернете Ветер, скорость которого оценивается в 75 миль в час, сломал несколько деревьев, в том числе трехметровую сосну, за 9 минут.0070 диаметр , сообщила метеорологическая служба. — Мартин Вейл, Washington Post , 23 апреля 2023 г. Около 200 массивных звездных скоплений находятся в пыльной области, простирающейся на 5000 световых лет в поперечнике, что составляет около 5% диаметра Млечного Пути . — Эшли Стрикленд, CNN , 17 апреля 2023 г. Девятимиллиметровый патрон — это девять миллиметров в диаметр . — Кайл Мизоками, Popular Mechanics , 15 апреля 2023 г. Несмотря на нетрадиционный процесс сборки, ракета-носитель Terran 1 выглядит как любая другая: двухступенчатая ракета имеет высоту 110 футов и диаметр 7,5 футов 7,5 футов. — Рамин Скибба, WIRED , 10 марта 2023 г. Такая конструкция ограничивает как потенциал оборотов двигателя, так и его клапан 9.0070 диаметром , тем самым поощряя использование четырехклапанной головки блока цилиндров, которая специально настроена для обеспечения своих преимуществ в менее бешеных диапазонах оборотов. — Чаба Чере, Автомобиль и водитель , 1 марта 2023 г. Органайзеры подходят для средних размеров крышек из стекла или нержавеющей стали диаметром от 6 до 9,5 дюймов и диаметром , но учтите, что чугунные крышки могут быть слишком тяжелыми для полосок. — Лили Грей, 9 лет.0070 Better Homes & Gardens , 12 апреля 2023 г. Согласно заявлению Национального института антропологии и истории Мексики, круглый кусок размером чуть более 32 сантиметров (12,6 дюйма) в диаметре и весом 40 килограммов (88 фунтов) украшен иероглифическими надписями вокруг двух игроков, стоящих рядом с мячом. (ИНАХ). — Рейтер, CNN , 12 апреля 2023 г. В это число входят шесть традиционных деревьев со стволами более 24 дюймов в диаметром и восемь инвазивных, мертвых или умирающих деревьев. — Елена Брюсс, Сан-Антонио Экспресс-ньюс , 11 апреля 2023 г. Узнать больше

Эти примеры программно скомпилированы из различных онлайн-источников, чтобы проиллюстрировать текущее использование слова «диаметр». Любые мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв об этих примерах.

История слов

Этимология

Среднеанглийское diametre , из среднефранцузского, из латинского diametros , из греческого, из dia- + metron мера — больше в измерении

Первое известное использование

14 век, в значении, определенном в чувство 1

Путешественник во времени

Первое известное использование диаметра было в 14 веке

Посмотреть другие слова того же века

Словарные статьи рядом с

диамб

диаметр

диаметр ленты

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись «Диаметр.

Ссылка на копию

Детское определение

Диаметр

существительное

день ди-ам-əт-ər

1

: прямая линия, проходящая через центр фигуры или тела

особенно : отрезок линии, проходящий через центр круга с концами на окружности круга

2

: длина диаметра

Медицинское определение

диаметр

существительное

день ди-ам-əт-əр 

1

: единица увеличения оптического прибора, равная тому, во сколько раз увеличиваются линейные размеры объекта.