Principiile I,II,III ale dinamicii

A)Principiul I al dinamicii (Principiul inertiei )



Un corp îsi mentine starea de repaus relativ sau de miscare rectilinie si uniforma, atâta timp cât asupra lui nu actioneaza alte corpuri care sa-i modifice aceasta stare.
*Corpul se opune oricarei actiuni exterioare care cauta sa-i schimbe starea de repaus sau de miscare rectilinie si uniforma,.
Proprietatea tuturor corpurilor de a se opune schimbarii starii de echilibru în care se afla se numeste inertie.
Masura inertiei este masa , numita si masa inerta, marime fizica scalara, fundamentala, a carei unitate de masura în S.I. este kilogramul.
Instrumentul cu care se masoara masa este balanta / cântarul.



B)Principiul al II-lea al dinamicii ( Principiul fundamental)

Interactiunea reprezinta actiunea reciproca dintre corpuri, iar marimea fizica vectoriala ce masoara interactiunea este forta .
Unitatea de masura a fortei în S.I. este Newtonul (1N este forta care imprima unui corp de masa 1 kg o acceleratie de 1 m/s 2 , dupa directia si în sensul fortei), iar instrumentul cu ajutorul caruia se masoara forta se numeste dinamometru.
Efectele produse de actiunea fortelor asupra corpurilor sunt deformarile - plastice sau elastice - si schimbarea starii de miscare.
Daca rezultanta tuturor fortelor care actioneaza asupra corpului este diferita de zero, , vectorul viteza se modifica si apare o acceleratie.
Aceeasi forta aplicata diferitelor corpuri produce variatii diferite ale vitezei, efectele depinzând de masa corpului ce sufera actiunea fortei (a fortei rezultante);cu cât masa corpului este mai mare, cu atât variatia vitezei este mai mica.
Acceleratia imprimata corpului este pe directia fortei aplicate, fiind invers proportionala cu masa corpului.
Principiul al II-lea al dinamicii se enunta astfel:” Vectorul forta este egal cu produsul dintre masa corpului si vectorul acceleratie. (vezi figura 1)
Daca masa este constanta, se poate scrie :

Produsul dintre masa corpului si viteza acestuia reprezinta impulsul corpului:

Se poate scrie : .

C)Principiul al III-lea al dinamicii ( Principiul actiunii si reactiunii)

Daca un corp A exercita o forta asupra corpului B (actiune), atunci corpul B actioneaza asupra corpului A (reactiune) cu o forta , egala în modul si de sens contrar fortei .

(vezi figura 2)
Cele doua forte se manifesta simultan si sunt aplicate unor corpuri diferite , actionând de-a lungul dreptei care uneste cele doua corpuri.
În cazul corpurilor legate între ele prin fire sau bare, conform principiului actiunii si reactiunii, actioneaza doua forte egale ca marime si de sensuri opuse (o parte a firului / barei actioneaza asupra celeilalte parti) ;oricare din aceste forte se numeste tensiune si poate fi masurata cu un dinamometru inserat într-o sectiune a firului / barei.
Se defineste sistemul de referinta inertial (galilean) ca un sistem în raport cu care un corp trebuie sa ramâna în repaus sau sa se miste rectiliniu si uniform atunci când asupra lui nu actioneaza nici o forta ( rezultanta).
În sistemele de referinta inertiale este valabil principiul inertiei.
Un sistem de referinta inertial legat de Pamânt poate fi considerat un sistem de referinta inertial ;daca un sistem de referinta este inertial, un al doilea sistem care se misca uniform si rectiliniu fata de el, este, de asemenea, inertial.



Forta centripeta .Forta centrifuga

                                                  Forta centripeta

Pentru a mentine un corp pe o traiectorie circulara, trebuie aplicata asupra acestuia o forta numita forta centripeta , care imprima corpului acceleratia centripeta, conform principiului al II-lea al dinamicii.

Modulul acestei forte este dat de relatia:
Întrucât , aceasta forta este directionata pe suportul vectorului acceleratie centripeta si are acelasi sens, deci spre centrul de rotatie.
Forta centripeta nu este un nou tip de forta;natura fortei centripete este diferita în diferite situatii, dupa cum rezulta din exemplele urmatoare:
•  în cazul unui corp legat de o sfoara si rotit în plan orizontal sau vertical, forta centripeta este o forta elastica data de fir.
•  Pentru Luna, care se roteste în jurul Pamântului pe o orbita circulara, forta centripeta este forta de atractie gravitationala exercitata de Pamânt asupra Lunii.
•  Pentru un electron care se roteste în jurul nucleului atomic, forta centripeta este forta de atractie dintre electron si nucleu, de natura electrostatica.

Forta centrifuga

Conform principiului al III-lea al dinamicii, simultan cu forta centripeta (actiunea), apare si forta centrifuga (reactiunea).Ea este aplicata în centrul de rotatie si tinde sa deplaseze acest centru catre periferie.

Forta centrifuga la curbe :
Pentru a evita lunecarile laterale (sau deraierea trenului), trebuie ca rezultanta dintre greutatea vehiculului si forta centrifuga, ambele aplicate în centrul de greutate, sa fie perpendiculara pe suprafata drumului. (vezi figura 1)
, unde r este raza de curbura
În figura alaturata se vede ca F Cf = mg tg

Deci :

Optica geometrica

Optica geometrica

- studiaza modul de propagare al luminii , fara sa tina cont de natura sa .

Raza de lumina – este egala cu directia de propagare a luminii printr-un spatiu optic .

Mediul optic – reprezinta mediul prin care se propaga lumina sau in care lumina sufera fenomene optice .

Mediul optic transparent – reprezinta mediul optic care poate fi strabatut de intreaga cantitate de lumina ce intra in el .

Mediul opac – reprezinta mediul optic care nu poate fi strabatut de lumina .

Mediul translucid – reprezinta mediul optic care este strabatut numai de o parte din lumina care intra in el .

Fascicul de raza de lumina – reprezinta un manunchi de raze de lumina .

1) Fascicul convergent – este fasciculul ale carei raze se indreapta catre un punct .

2) Fascicul divergent – toate razele de lumina pornesc dintr-un punct si se imprastie.

3) Fascicul paralel – razele lui sunt paralele .

 Principiile opticii geometrice

1 ) Principiul propagarii rectilinii : intr-un mediu transparent si omogen , lumina se propaga rectiliniu .

2) Principiul reversibilitatii razei de lumina : lumina se propaga pe acelasi drum indiferent de sensul de propagare .

3) Principiul independentei razei de lumina : o raza de lumina parcurge acelasi drum , indiferent de actiunea altor raze de lumina .

 Reflexia luminii

- este fenomenul ce apare la suprafata de separare intre doua medii optice

 

       A – raza incidenta = raza de lumina care se propaga prin primul mediu . pana la suprafata de separare .

I – punct de incidenta = punctul de pe suprafata de separare in care ajunge raza incidenta .

B – raza reflectata = raza de lumina , care se intoarce din punctul de incidenta , in mediul initial .

C – directia normala la suprafata de separare = reprezinta dreapta imaginara , perpendiculara pe suprafata de separare , in punctul de incidenta .

i – unghi de incidenta = unghiul format de raza incidenta si directia normala la suprafata de separare .

R – unghi de reflexie = este unghiul format de raza reflectata si directia normala la suprafata de separare .

 Legile reflexiei

  1)Raza incidenta , raza reflectata si directia normala la suprafata de separare , sunt coplanare .

2 )Unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie .

  

Teorema variatiei impulsului mecanic si legea conservarii impulsului

a) Teorema de variatie a impulsului mecanic

Impulsul este o marime fizica vectoriala, care are orientarea vectorului viteza:

Din principiul al II-lea al dinamicii rezulta:

unde -reprezinta impulsul fortei
- defineste impulsul punctului material („cantitate de miscare”)
- reprezinta variatia impulsului punctului material.
Variatia impulsului unui punct material este egala cu impulsul fortei aplicate punctului material:

b)Legea conservarii impulsului mecanic al punctului material

Daca rezultanta tuturor fortelor externe este zero, , adica sistemul este izolat, rezulta , relatie ce exprima legea conservarii impulsului.
Impulsul total al unui sistem izolat mecanic se conserva (ramane constant);impulsul initial al sistemului este egal cu impulsul final al sistemului.

Ciocniri  



O ciocnire este o interactiune ce se manifesta prin contact direct între doua sau mai multe corpuri.
Impulsul total al sistemului format din corpurile care se ciocnesc se conserva daca sistemul este izolat.
Ciocnirile se clasifica in ciocniri:

1. plastice
2. elastice

1) Ciocnirea plastica a doua corpuri

Intr-o ciocnire plastica , energia cinetica totala descreste intotdeauna. Energia „pierduta” se transforma in caldura, energie potentiala de deformare sau în alte forme de energie ( Q, caldura de reactie) (vezi figura1).
Se considera doua corpuri de mase m 1 si, respectiv, m 2 , ce se misca cu viteze diferite, în acelasi sens, se ciocnesc plastic ( ciocnire unidimensionala) si dau nastere unui corp ce se deplaseaza cu viteza u .
Impulsul sistemului inainte de ciocnire este egal cu impulsul sistemului dupa ciocnire:
Viteza dupa ciocnire este data de relatia:

În aceasta ciocnire se degaja caldura, care poate fi determinata astfel:

este viteza relativa a particulei 1 fata de particula 2, iar
este masa redusa a celor doua particule.

2)Ciocnirea perfect elastica a doua corpuri

Daca fortele de interactiune dintre corpuri sunt conservative, energia cinetica este aceeasi inainte si dupa ciocnire, iar ciocnirea se numeste perfect elastica (vezi figura 2).
Legea de conservare a impulsului total al sistemului:

Legea de conservare a energiei :

Grupand cele doua relatii de mai sus rezulta:

Facand calculele rezulta:

Energia mecanica

Energia mecanica este marimea fizica caracteristica oricarui corp ce are capacitatea de a efectua lucru mecanic.

Energia mecanica este o marime de stare petru ca caracterizeaza starea in care se afla corpul.

E = E_c + E_p; unde E_c este energia cinetica si E_p este energia potentiala

Unitatea de masura pentru energie in sistemul international este Joule-ul.

Conservarea energiei mecanice are loc numai pentru corpurile aflate in campuri cosnervative de forte (gravitational, elastic).

Conservarea energiei mecanice este valabila numai pentru corpurile izolate mecanic de exterior (care nu interactioneaza cu corpurile din jurul sau).

Lege

Energia mecanica a unui corp izolat de exterior si aflat in camp conservativ de forte se conserva, adica ramane constanta.

E_f = E_i, unde E_i este energia initiala si E_f este energia finala

E = E_c + Ep = c_t

1. ENERGIA CINETICA

Energia cinetica a unui punct material de masa m, aflat in miscare de translatie fata de un sistem de referinta este marimea fizica scalara numeric egala cu semiprodusul masei si patratul vitezei sale fata de acel sistem de referinta.


 

Energia cinetica este energia acumulata de orice corp in miscare.

Energia cinetica depinde direct proportional de masa corpului si de viteza sa.

Energia cinetica se poate defini in valoare absoluta.

Energia cinetica a unui corp depinde de sistemul de referinta fata de care se studiaza miscarea corpului.

Teorema de variatie a energiei cinetice

Variatia energiei cinetice a unui punct material de masa m, aflat in miscare de translatie fata de un sistem de referinta este egala cu lucrul mecanic al rezultantei fortelor ce actioneaza asupra corpului pe tot timpul variatiei.

2. ENERGIA POTENTIALA

Energia potentiala nu se poate defini in valoare absoluta.

Se poate defini variatia energiei potentiale a unui corp aflat numai in camp de forte conservative (gravitational si elastic).

Variatia energiei potentiale a unui corp aflat in camp conservativ de forte este egala si de semn contrar cu lucru mecanic efectuat de fortele coservative ale campului.


 

1. Energia potentiala gravitationala (E_pg)

E_pg = mgh

2. Energia potentiala elastica (E_pe)

Lucrul mecanic. Puterea mecanica

A. LUCRUL MECANIC

Lucrul mecanic este marimea fizica scalara numeric egala cu produsul scalar dintre vectorul forta si vectorul deplasare.

L = F * d

1. LUCRUL MECANIC AL UNEI FORTE CONSTANTE

L = lucrul mecanic

L= f(F,d), unde F este forta aplicata corpului si d este este deplasarea corpului

Unitatea de masura a lucrului mecanic in sistemul international este J (joule). (newton*metru)

Joule-ul reprezinta lucrul mecanic efectuat de forta constanta de un newton care isi deplaseaza punctul de aplicatie pe directia si in sensul fortei pe distanta de un metru.

Lucrul mecanic este o marime aditiva, adica se determina insumand lucrurile mecanice ale tuturor fortelor ce actioneaza simultan asupra corpului.

a) Daca vectorii forta si deplasare sunt paraleli si de acelasi sens => unghiul dintre ei este 0 => cos0=1 => L = F*d >0 (lucrul mecanic motor)

Exemple de forte ce efectueaza lucru mecanic motor:

- Forta de tractiune dezvoltata de motorul masinii

- Greutatea in caderea libera a corpului

b) Daca vectorii forta si deplasare sunt paraleli si de sens opus => unghiul dintre ei este 180 => cos180=-1 => L = F*d < 0 (lucru mecanic rezistent)

Exemple de forte ce efectuaza lucru mecanic rezistent:

- Forta de frecare la alunecare

- Greutatea la alunecarea corpului pe verticala in sus

c) Daca vectorii forta si deplasare sunt perpendiculari => unghiul dintre ei este 90 => cos90=0 => L = F*D =0

Exemple de forte ale caror lucru mecanic are valoarea 0:

- Forta de apasare normala

- Greutatea unui corp deplasat pe orizontala

2. LUCRUL MECANIC AL GREUTATII

a) Daca corpul cade liber de la o inaltime h

L = G*h = mgh

b) Daca corpul aluneca liber pe un plan inclinat

L = m*g*d*sint; unde d=distanta parcursa de corp si t este unghiul planului inclinat

c) Daca corpul aluneca liber pe un plan inclinat denivelat

L = mgh

Concluzie: Lucrul mecanic al greutatii unui corp nu depinde de drumul urmat de corp ci numai de marimea greutatii corpului si de diferenta de nivel dintre pozitia initiala si finala a corpului.

Greutatea este o forta conservativa.

3. LUCRUL MECANIC AL FORTEI ELASTICE

Fe=f(l)

Fe(mediu) = (Fe_i + Fe_f)/2 = -k(l_f-l_i)/2, unde Fe_i este forta elastica initiala, Fe_f este forta elastica finala, l_f este lungimea finala si l_i este lungimea initiala

L = Fe(mediu)* (l_f-l_i) = - k* (l_f-l_i)²/2

Forta elastica este o forta conservativa.

Interpretarea geometrica a lucrului mecanic

Din punct de vedere geometric, lucrul mecanic este numeric egal cu aria suprafetei delimitate de graficul dependentei fortei fata de deplasare, de segmentul deplasarii si de perpendicularele coborate de pe extremitatile graficului pe segmentul deplasarii.

B. PUTEREA MECANICA

Puterea mecanica este marimea fizica scalara numeric egala cu lucrul mecanic efectuat in intervalul de timp corespunzator.

P = L/(t_f-t_i)

Unitatea de masura pentru putere mecanica este watt-ul. (joule/secunda)

Watt-ul reprezinta puterea mecanica a unui corp ce efectueaza un lucru mecanic de un joule in timp de o secunda.

P(mediu) = F*V(mediu)*cos t ,unde F este forta aplicata corpului, V(mediu) este viteza medie si t este unghiul dintre forta si deplasare

Daca corpul se misca rectiliniu uniform => V=ct => F=ct => P = F * v

Redresarea curentului alternativ

Pentru obtinerea curentului continuu necesar alimentarii circuitelor electronice, din curentul alternativ disponibil de la retea se folosesc circuite specializate - redresoare, in asociatie cu circiute auxiliare care asigura caracteristicile impuse
Redresorul propriu-zis este construit cu elemente unidirectionale, lasand deci sa treaca curentul intr-un singur sens, cum sunt diodele cu vid sau diodele semiconductoare. Cel mai simplu circuit de redresare a tensiunii de retea este prezentat in fig.5.2. acest tip de redresare se numeste redresare monoalternanta, deoarece redreseaza numai una din alternantele tensiunii alternative de retea.

Elementele din circuitului sunt : siguranta de retea S, rezistenta de protectie Rp, dioda redresoare Dr cucondensatorul paralel C, condensatorul de filtraj Cf si consumatorul Rs.

Tensiunea alternativa de retea are o valoare de varf egala cu 1,41*Uev. La prima semialternanta pozitiva condensatorul de filtraj Cf atinge valoarea de varf a tensiunii de retea, dioda Dr fiind in conductie un sfert de perioada. Tensiunea de retea incepe sa scada, dioda redresoare se blocheaza si condensatorul Cf incarcat cu o tensiune egala cu o tensiune de varf se descarca prin rezistenta de sarcina cu o constanta de timp : =Cf*Rs.

La sosirea urmatoarei semialternante pozitive a tensiunii de retea dioda redresoare se deschide, in momentul in care tensiunea de retea depaseste valoarea tensiunii de pe condensatorul de filtraj, reincarcandu-l pe acesta la tensiunea Uvarf.

Peste tensiunea continua redresata, Uo, se suprapune o tensiune alternativa cu frecventa de 50Hz, avand forma unor dinti de ferastrau, numita tensiune reziduala sau brum rezidual.

Rezistenta de protectie Rs este introdusa in circuit pentru limitarea curentului de pornire prin dioda redresoare, atunci cand cuplarea aparatului coincide cu maximul tensiunii de retea. In acest moment, tensiunea de pe Cf fiind zero, curentul prin Dr este dat de relatia: ImaxDr = Uvarf/Rp.

Acest curent maxim este indicat de producator pentru fiecare tip de dioda redresoare si in cazul diodei 1N4007 este de 30A, valoarea minima pentru rezistenta de protectie fiind de 10 .



Etajul de redresare dubla alternanta
 

La aparitia alternantei pozitive, condensatorul Cf este incarcat la tensiunea de varf a tensiunii de retea, de curentul ce trece prin Rp, D1, Cf si D3. Diodele D2 si D4 sunt blocate. Dupa ce tensiunea de retea incepe sa scada, diodele D1 si D3 se blocheaza si condensatorul Cf incepe sa se descarce prin consumator. In momentul in care alternanta negativa a tensiunii de retea depaseste in valoare absoluta tensiunea de pe Cf, se deschid diodele D2 si D4 si curentul va circula prin D2, Cf, D4 si Rp va incarca condensatorul in valoarea de varf a tensiunii de retea.

Avantajele redresarii dubla alternanta sunt urmatoarele:
- brumul rezidual are amplitudinea pe jumatate comparativ cu redresarea monoalternanta
- da posibilitate utilizarii unor condensatoare de filtraj de doua ori mai mici, in cazul pastrarii amplitudinii brumului rezidual ca la redresarea monoalternanta
- incarca reteau de tensiune alternativa simetric si nu numai pe alternanta pozitiva
In prezent redresoarele dubla alternanta sunt folosite in toata aparatura moderna.

Undele mecanice

Def : Unda mecanica reprezinta forma de propagare a perturbatiei im mediu.
Forma - unde plane
- unde sferice
Foarte important : Unda constituie transport de energie.Propagarea se face cu o anumita intarziere (nu se transmite instantaneu)

II. unde intr-un mediu unidimensional
a) Unde transversale (oscilatia se produce perpendicular pe directia de propagare)
Vt = v T / µ ; µ = m / l
t = tensiunea ; µ=masa unitatii de lungime

b) Unde longitudinale
Ve = v E / f
E - unde de elasticitate ; f - densitate

Fenomenul de propagare depinde de sursa prin FRECVENTA si de mediu prin VITEZA.
o viteza de propagare depinde de natura mediului
Mediu omogen si izotrop
Pentru mediu omogen unda se propaga cu viteza constanta.
In acest mediu unda se propaga identic dupa toate directile.

III. Suprafata de unda. Front de unda
Def : Suprafata de unda reprezinta multimea punctelor care oscileaza in faza.
Def : Frontul de unda reprezinta locul geometric al punctelor la care perturbarea a ajuns la un moment dat.
Unde - plane
- sferice


Principiul lui huggensExperiment.
Se considera o cuva cu mercur. d > ?
 

a)

b) d ~2

Reflexia si refractia undelor

Obs. La suprafata de separare a 2 medii pot aparea fenomene specifice :
1) unda se poate intoarce in mediul de provenienta cu schimbarea directiei de propagare.
2) unda poate patrunde prin suprafata in celalalt mediu tot cu schimbarea directiei de propagare.
Obs. In functie de natura suprafetei de separare , fenomenele pot avea loc separat sau simultan.

Reflexia undelor

Definitie : intoarcerea undelor in mediul de provenienta, cu schimbarea directiei de propagare.
Consideram : 2 medii separate printr-o suprafata plana.Viteza de propagare a undei in acelasi mediu este aceeasi.
Consideram o unda plana care intalneste suprafata de separare a 2 medii.

Legile reflexiei :
1) Incidenta normala si reflectata se gasesc in acelasi plan.
2) Unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie.


Refractia undelor
Definitie : Fenomenul de patrundere a undei in alt mediu cu schimbarea directiei de propagare.
Consideram : suprafata de separare a 2 medii caracterizate prin indicii de refractie diferiti (n1,n2).Unda va avea viteze diferite de propagare in cele 2 medii.
 

SOARELE

Soare
Soarele este steaua aflată în centrul sistemului nostru solar. Pământul, toate celelalte planete, asteroizii, meteoriții, cometele precum și cantitățile enorme de praf interplanetar orbitează în jurul Soarelui, care totuși, prin mărimea sa, conține mai mult de 99% din masa întregului sistem solar. Energia provenită de la Soare (sub forma luminii, căldurii ș.a.) face posibilă întreaga viață de pe Pământ, de ex. prin fotosinteză, iar prin intermediul căldurii și clima favorabilă.
În cadrul discuțiilor dintre cercetători, Soarele este desemnat uneori și prin numele său latin Sol, sau grecesc Helios. Simbolul său astrologic este un cerc cu un punct în centru: Unele popoare din antichitate îl considerau ca fiind o planetă.
Informații generale
Hidrogenul reprezintă aproximativ 74% din masa Soarelui, heliul 25%, iar restul este constituit din cantități mici de elemente mai grele. Datorită acestei compoziții și a temperaturilor ridicate, pe Soare nu există o crustă (scoarță) solidă, și nici materie în stare lichidă, toată materia solară fiind în întregime în stare de plasmă și gazoasă.
Soarele face parte din clasa spectrală G2V. "G2" înseamnă că

• temperatura la suprafață este de aproximativ 5.500 K (de aici rezultând culoarea sa galbenă-portocalie),
• iar spectrul său conține linii de metale ionizate și neutre precum și foarte slabe linii de hidrogen.

Sufixul "V" indică apartenența Soarelui la grupul majoritar al stelelor aflate în faza principală. Aceasta înseamnă că își generează energia prin fuziunea nucleară a nucleelor de hidrogen în heliu, și că se află în echilibru hidrostatic, adică nici nu se contractă nici nu se dilată. Numai în galaxia noatră sunt mai mult de 100 de milioane de stele din clasa G2. Datorită distribuției logaritmice a mărimii stelelor, Soarele este de fapt mai strălucitor decât 85% din stelele galaxiei, majoritatea acestora fiind pitice roșii.^[2]
Faza principală a existenței Soarelui va dura în total aproximativ 10 miliarde de ani. Vârsta actuală, determinată folosind modele computerizate ale evoluției stelelor și nucleocosmocronologia, se consideră a fi de aproximativ 4,57 miliarde de ani ^[3]. Soarele orbitează în jurul centrului galaxiei noastre, Calea Lactee, la o distanță de 25-28 de mii de ani lumină de acesta, realizând o revoluție completă în circa 225-250 de milioane de ani. Viteza orbitală este de 220 km/s, adică un an-lumină la fiecare 1.400 de ani, sau o UA la fiecare 8 zile.^[4]
Soarele este o stea din a treia generație, a cărei formare este posibil să fi fost declanșată de undele de șoc ale unei supernove aflate în vecinătate. Acest fapt este sugerat de prezența în abundență în sistemul nostru solar a metalelor grele cum ar fi aurul și uraniul; cea mai plauzibilă explicație a provenienței acestora fiind reacțiile nucleare dintr-o supernova sau transmutațiile prin absobția de neutroni din interiorul unei stele masive de generația a doua.
Masa Soarelui este insuficientă pentru a genera explozia într-o supernovă, în schimb, în 4-5 miliarde de ani, el va intra în faza de gigantă roșie, straturile exterioare urmând să se extindă, în timp ce hidrogenul din centru va fi consumat, iar miezul se va contracta și încălzi. Fuziunea heliului va începe când temperatura în centru va ajunge la 3×10⁸ K. Deși probabil expansiunea straturilor exterioare ale Soarelui va atinge actuala traiectorie a Pământului, cercetări recente sugerează că în faza premergătoare, datorită pierderii de masă, orbita Pământului va fi împinsă mai departe, prevenind astfel înghițirea Pământului (totuși atmosfera Pământului se va evapora și împrăștia).
Faza de gigantă roșie va fi urmată de împrăștierea straturilor exterioare ale Soarelui datorată intenselor pulsații termice, dând naștere unei nebuloase planetare. Soarele se va transforma apoi într-o pitică albă, răcindu-se în timp. Această succesiune a fazelor este tipică evoluției stelelor de masă mică spre medie.^[5][6]
Lumina și căldura Soarelui constituiesc principala sursă de energie pe suprafața Pământului. Constanta solară este cantitatea de energie solară care ajunge pe Pământ pe unitatea de suprafață direct expusă luminii solare. Constanta solară este aproximativ 1.370 watt/m² la distanța de Soare de o unitate astronomică (UA). Lumina ce ajunge pe suprafața Pământului este atenuată de atmosfera terestră, de fapt pe suprafața Pământului ajunge o cantite mai mică de energie, undeva în jurul valorii de 1.000 watt/m² în condițiile unei expuneri directe, când Soarele se află la zenit. Această energie poate fi utilizată printr-o multitudine de procedee naturale sau artificiale:

• fotosinteza realizată de plante, care capturează energia solară și o folosesc la conversia chimică a bioxidului de carbon din aer în oxigen și compuși reduși ai carbonului
• prin încălzire directă
• prin conversie realizată de celule fotovoltaice pentru a genera electricitate.
• Energia stocată în petrol și alți combustibili fosili a provenit inițial tot din energia solară, prin fotosinteză, în trecutul îndepărtat.

Lumina Soarelui prezintă câteva proprietăți biologice interesante. Lumina ultravioletă de la Soare are proprietăți antiseptice și poate fi utilizată pentru a steriliza diverse obiecte. De asemenea, poate cauza și arsuri solare, având de asemenea și alte efecte medicale, cum ar fi producția de vitamină D. Lumina ultravioletă este puternic atenuată de atmosfera Pământului, astfel încât cantitatea de lumină UV variază mult cu latitudinea locală, datorită drumului mai lung al luminii solare prin atmosferă la latitudini mari. Această variație este responsabilă pentru multe adaptări de natură biologică, cum ar fi variațiile de culoare a pielii omului în diferite regiuni ale globului.
Observată de pe Pământ, traiectoria Soarelui pe bolta cerească variază pe parcursul anului. Traiectoria descrisă de poziția Soarelui pe cer luată în fiecare zi la exact aceeași oră pe parcursul unui an se numește analemmă și seamănă cu o figură în formă de 8, aliniată pe o axă de la nord la sud. În afară de cea mai evidentă variație a poziției aparente a Soarelui pe bolta cerească între nord și sud cu o amplitudine unghiulară de 47 de grade (datorită înclinației axei terestre de 23,5 grade fată de ecliptică), există de asemenea și o componentă pe axa est-vest a acestei variații de poziție. Variația pe axa nord-sud rămâne însă sursa principală a anotimpurilor pe Pământ.
Datorită faptului că se află atât de aproape de Pământ, în termeni astronomici, Soarele este steaua cea mai bine cercetată și cunoscută. Astronomii disting chiar detaliile de la suprafața sa (începând de la 150 km și mai mult). În comparație cu Pământul, Soarele este gigantic. Volumul său ar putea cuprinde 1.300.000 de planete ca a noastră, iar de-a lungul diametrului său s-ar putea alinia 109 Pământuri. Soarele este o imensă sferă de gaz foarte cald, a cărei masă o depășește de 300.000 de ori pe cea a Pamântului. La suprafață, forța gravitațională este de aproximativ 28 de ori mai puternică decât cea de pe Pământ. Totuși, Soarele nu este decât o stea foarte obișnuită. Pentru astronomi, este o adevărată șansă să poată studia o stea atât de tipică: tot ceea ce află ei prin studierea Soarelui îi ajută să înțeleagă mai bine și celelalte stele.
Fotosfera
Lumina orbitoare a Soarelui provine de la un înveliș de grosime mai mică de 300 km, fotosfera. Aceasta este cea care dă impresia că Soarele are o margine bine delimitată. Temperatura fotosferei este de aprox. 6.000 Kelvin. Văzută prin telescop, ea se prezintă ca o rețea de celule mici sau granule strălucitoare, aflate într-o permanentă agitație. Fiecare granulă este o bulă de gaz de mărimea unei țări ca Franța. Ea apare, se transformă și dispare în aproximativ 10 minute. Pe alocuri, suprafața Soarelui prezintă pete întunecate, numite pete solare, care au fost foarte mult cercetate dupa inventarea lunetei și a telescopului. Urmărindu-le zi de zi, observăm că ele nu ramân în același loc. Această deplasare dovedește că Soarele se învârtește în jurul propriei sale axe. În timpul unei eclipse totale, când discul orbitor al Soarelui dispare, uneori chiar total, în spatele Lunii pentru câteva ore, remarcăm în jurul Soarelui o bordură subțire, de un roșu aprins, cromosfera, iar dincolo de aceasta, un halo argintiu, mai mult sau mai puțin neregulat, coroana.
Cromosfera și coroana
Cromosfera și coroana sunt învelișurile exterioare ale Soarelui. Ele formează așa-numita atmosferă solară. În mod obișnuit nu le vedem, pentru că sunt mult mai puțin luminoase decât fotosfera. Cromosfera se ridică până la 5.000 km de suprafața Soarelui. Ea este acoperită de mici jeturi dinamice de gaz foarte cald, spiculii (sau spicule). Temperatura ei crește o dată cu altitudinea: în vârf, ea atinge 20.000 °C. Coroana, care îmbracă atmosfera, se diluează treptat în spațiu și nu are o limită exterioară bine definită. Ea este foarte rarefiată, dar extrem de caldă: temperatura sa depașește 1 milion de grade. Cu ajutorul instrumentelor speciale, din timp in timp se observă că anumite regiuni ale cromosferei devin deodată foarte strălucitoare: acestea sunt erupțiile solare. În urma acestora apar jeturi imense de gaz, protuberanțele, care au aspectul unor filamente întunecate. În afară de acestea, un flux de particule foarte rapide părăsește Soarele prin coroană în mod permanent. Acestea sunt vânturile solare. Desigur, interiorul Soarelui nu poate fi văzut, dar studierea suprafeței și a straturilor sale exterioare oferă astronomilor informații despre structura sa internă. Ea conține toate elementele simple identificate și pe Pământ, dar 98% din masa sa este formată din hidrogen și heliu (73% hidrogen și 25% heliu).
Miezul
Spre centrul Soarelui este din ce în ce mai cald, iar materia este din ce în ce mai comprimată. În centru temperatura ajunge la 15 milioane de grade, iar presiunea este de 100 milioane de ori mai mare decat cea din centrul Pământului. În acest cuptor, atomii de hidrogen se aglomerează câte patru și se transformă în atomi de heliu. În cadrul acestei reacții de fuziune nucleară se degajă căldură și lumină, sursa strălucirii Soarelui. În fiecare secundă, 564 de milioane de tone de hidrogen se transformă în aproape 560 de milioane de tone de heliu în centrul Soarelui, iar diferența, mai mult de 4 milioane de tone pe secundă, se transformă în energie radiativă (în jur de 383 yotawatt, adică 3,83 x 10²⁶ Watt). Zona unde se produc aceste reacții nucleare nu reprezintă decât un sfert din raza Soarelui, dar ea cuprinde jumătate din masa acestuia. Lumina emisă în această zonă centrală a Soarelui nu ajunge la suprafața sa decât după două milioane de ani. Petele solare au un aspect întunecat pentru că ele sunt mai reci decât regiunile din jur. Ele sunt adeseori asociate în perechi, care se comportă ca polii unui enorm magnet. Pot rămâne vizibile timp de mai multe săptămâni. Numărul petelor care pot fi observate pe Soare variază după un ciclu de aproximativ 11 ani.
Activitatea solară
În timpul unei erupții solare o cantitate enormă de energie care se află în cromosferă și coroană este eliberată dintr-o dată. Materia este proiectată în coroană și particule de atomi accelerate până la viteze foarte mari sunt expulzate în spațiul interplanetar. Aceste fenomene sunt însoțite de o emisie de raze X (Röntgen), de unde radio și, în cazul erupțiilor mai puternice, de lumină vizibilă. Când ajung în apropierea Pământului și intră în atmosferă, în special deasupra regiunii polului nord, particulele creează aurorele polare. De asemenea, ele perturbă propagarea undelor radio în jurul globului. Uneori ele duc și la defectarea rețelelor de distribuire a electricității.
Cu timpul, pe măsură ce instrumentele astronomice s-au perfecționat, oamenii au putut observa mai amănunțit toate perturbațiile Soarelui: petele solare ale fotosferei; erupțiile solare, protuberanțele și filamentele cromosferei; jeturile de gaze ale coroanei. Astăzi se știe că aceste fenomene sunt în strânsă legătură unele cu altele. Frecvența și intensitatea lor variază cu o perioadă de aprox. 11 ani. În timpul acestei perioade numărul petelor solare înregistrează un minimum și un maximum. Următorul număr maxim este prevăzut în jurul anului 2011. Activitatea solară a rămas suficient de învăluită în mister, dar se știe că aceasta este legată de magnetism și de rotația Soarelui.
Când Soarele devine mai activ, suprafața sa se acoperă de pete și se observă mai multe erupții solare decât până atunci. Acestea eliberează în spațiu, printre altele, și mănunchiuri enorme de raze invizibile: raze X, raze ultraviolete, unde radio. Ele sunt însoțite și de producerea unui flux intens de particule atomice, încărcate electric: vântul solar. Cele care au mai multă energie ajung până la Pământ în câteva ore și se strâng în jurul planetei noastre. Pătrunzând în atmosferă, ele produc raze mișcătoare frumos colorate, aurorele polare. În emisfera nordică acestea sunt numite și aurore boreale, iar în emisfera sudică sunt numite aurore australe. Ele au aspectul unor perdele mari, roșiatice sau verzui, care unduiesc pe cer. Se pare că variațiile activității solare influențează clima de pe Pământ. Astfel, din anul 1645 până în 1715, nu s-a observat nicio pată pe Soare, iar această perioadă a coincis cu anii cei mai friguroși ai "micii ere glaciare", o perioadă în timpul căreia temperaturile au fost anormal de scăzute în toată Europa. Prin contrast, începând de prin anul 1900, Soarele este mai activ și temperatura medie a Pământului a crescut ușor. Au fost descoperite multe legături asemănătoare între activitatea solară și perioadele de frig sau de caniculă de pe Pământ, dar nu se cunoaște încă exact modul în care aceste variații ale activității solare acționează asupra climatului.

LUNA

Luna este singurul satelit natural al Pământului. Numele de "lună" se aplică uneori și sateliților altor planete din sistemul nostru solar. Vârsta Lunii este de aproximativ 4,60 miliarde de ani.
Date despre Lună
Luna are o rază medie de 1.737 km, de 4 ori mai mică decât a Pământului, și orbitează în jurul acestuia la o distanță medie de 384.403 km; pentru a ajunge pe Pământ lumina Lunii are nevoie de ceva mai mult decât o secundă. Viteza medie pe orbită este de 3.700 km/h. Atracția gravitațională la suprafața Lunii este de 6 ori mai slabă decât cea terestră.
Luna realizează o rotație în jurul Pământului în aproximativ 4 săptămâni, aceasta fiind luna pământească (27 zile, 7 ore, 43 min și 11,6 sec). În acest interval fazele Lunii sunt: lună nouă, primul pătrar, lună plină, ultimul pătrar; ele se repetă în 29 zile 12 h 44 min 2,8 s (durată numită o lună lunară). Masa satelitului nostru este de 7,35 × 10²² kg, de 81 de ori mai mică decât masa Pământului, densitatea medie este de 3.400 kg/m³, iar excentricitatea orbitală este de 0,0549.
Perioada de rotație a Lunii este egală cu cea de revoluție în jurul Pământului, astfel încât Luna ne arată mereu aceeași față. Mai exact însă, dacă se iau în considerare fluctuațiile orbitei lunare și posibilitatea de a observa acest satelit din diferite locații de pe Pământ, suprafața vizibilă este ceva mai mare decât jumătate, și anume de 59%.
Luna este al doilea obiect ceresc ca strălucire (magnitudine aparentă), după Soare. De asemenea, Luna și Soarele au aproximativ același diametru angular, lucru ce face posibile eclipsele solare totale.
Suprafața Lunii
Suprafața Lunii este acoperită de cratere. Ele s-au format în urma impactului unor meteoriți uriași și asteroizi mici cu Luna, cel mai probabil în vremurile de la începutul istoriei Lunii, pe când sistemul solar era plin de asemenea fragmente. Cel mai mare crater se numește Bailly, are o lungime de 295 km și adâncime de 3.960 m. De asemenea mai este vizibil și un vechi relief vulcanic (cratere de origine vulcanică), rămas din vremurile apropiate de formarea satelitului Pământului; acest relief vulcanic ține de formațiunile vizibile cum ar fi "mările" (numele acesta a fost dat de observatorii din antichitate, care credeau că petele negre de pe suprafața Lunii sunt mări și oceane adevărate, iar părțile luminoase sunt continente), "văile" etc. Cea mai mare și mai cunoscută mare a Lunii este Mare Imbrium (Marea Ploilor), care are o lungime de 1.200 km. Cei mai înalți munți se află lângă Polul Sud al Lunii și au o înălțime de aproximativ 6.100 m, înălțime comparabilă cu Himalaya pe Pământ.
Fața vizibilă a Lunii
Partea vizibilă a Lunii e plină de cratere provocate de ciocniri cu asteroizi sau meteoriți ce au avut loc în perioada de tinerețe a sistemului Solar. Diametrele craterelor ajung până la 240 km. Zonele care de pe Pământ par mai luminoase sunt coline. Rocile din aceste zone au fost datate ca având o vechime de 4 miliarde de ani. Petele întunecate, cunoscute ca mări, sunt zone de joasă altitudine care au fost cândva inundate de lavă. Rocile de aici au o vechime de 3 - 3,9 miliarde de ani.
Partea ascunsă
Sonda sovietică Luna 3 a făcut prima fotografie a părții invizibile în 1959. Are mai puține "mări" de lavă și mai mulți munți. Expresia "partea întunecată a Lunii" este incorectă: Luna înconjoară Soarele împreună cu Pământul, deci lumina solară cade în decursul revoluțiilor pe toată suprafața ei, dar noi vedem lumină doar pe partea îndreptată spre noi, spre Pământ.
Fazele Lunii
O dată cu înaintarea Lunii pe orbită, partea luminată a suprafeței ei vizibilă de pe Pământ se modifică.
Aceste faze ale Lunii încep cu "luna nouă" când se vede doar un corn foarte subțire, cu forma curburii literei D. Această zonă luminoasă crește în decursul zilelor până vedem toată "luna plină", apoi ea descrește - spre cealaltă parte; ciclul se încheie cu 3 zile în care Luna e complet întunecată.
Durata ciclului complet al fazelor lunii se numește "lună sinodică" și este de aproximativ 29,5 zile. Datorită mișcării de revoluție a Pământului în jurul Soarelui, luna sinodică este mai lungă decât "luna siderală" (perioada de revoluție a Lunii în jurul Pământului, raportată la stele), similar cu modul în care ziua solară este mai lungă decât ziua siderală.
Alcătuire
Luna are o structură stratificată, similară cu a Pământului, și este constituită din aceleași elemente chimice, însă în proporții diferite. Tipurile de roci lunare sunt: roci vulcanice provenite din erupțiile provocate de ciocnirile cu meteoriți, bogate în calciu de la începuturile formării Lunii; și conglomerate de roci numite brecii. În colțurile întunecate ale craterelor a fost recent descoperită "gheață de suprafață", lângă Polul Sud al Lunii.