 |
Астронет: Л. В. Жуков/РПГУ им. А.И. Герцена Современная астрономия и методика ее преподавания http://variable-stars.ru/db/msg/1197730/14.html |
| << Предыдущая |
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СПЕЦКУРСА "НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА" ДЛЯ СТУДЕНТОВ-ФИЗИКОВ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ РОССИИ
Перов Н.И.
Ярославский государственный
педагогический университет, Ярославль
E-mail: perov@yspu.yar.ru
Небесная механика – замечательный раздел астрономии о движении небесных тел в гравитационных полях. (Профессор В.В.Радзиевский эмоционально подчёркивал: основная сила в астрономической Вселенной – сила всемирного тяготения, а все остальные силы - "от лукавого"). Кроме гравитационных сил учитываются – сопротивление атмосфер небесных тел, световое давление, электромагнитные силы, изменение массы и возникающие при этом реактивные силы. Небесными телами при этом являются различные реально существующие космические образования: Солнце, Луна, планеты и кометы, астероиды, метеоры, звёзды, галактики и скопления галактик. В наше время к небесным телам естественно причислить искусственные спутники Земли и космические аппараты, которые перемещаются в пространстве-времени под действием естественных сил природы, но движением которых, в ряде случаев, можно управлять при помощи специальных двигателей. Неразрывно связанная с астрометрией и астрофизикой небесная механика представляет независимый (самостоятельный) раздел современной астрономии [1-22].
Основными задачами небесной механики являются: а) задача n- тел, включая рассмотрение качественных особенностей движения и его устойчивость; б) определение астрономических постоянных; в) составление эфемерид (таблиц положений небесных тел через равные промежутки времени); г) новые задачи небесной механики учитывают эффекты общей теории относительности в движении естественных и искусственных небесных тел. С небесной механикой тесно связана астродинамика (космодинамика), которая изучает движение искусственных небесных тел [1], [2], [3], [5].
Новый расцвет небесной механики вызвали создание искусственных небесных тел - искусственных спутников и межпланетных космических аппаратов (по данным космического Центра Годдарда NASA с 4 октября 1957 г. по 30 сентября 1984 г. запущено 15348 космических летательных аппаратов) [11], [13-15] и широкое применение быстродействующих ЭВМ. В результате расширился круг лиц, интересующихся небесной механикой и её приложениями, и появился новый подход – численные методы и численное моделирование - решения небесномеханических задач.
Студентам физико-математического факультета ЯГПУ предлагается курс небесной механики в объёме 60 часов [1]: на лекции отводится 24 часа, на лабораторно-практические занятия –10 часов, а остальные учебные часы - на поисково-исследовательскую работу, в ходе которой решаются научно-значимые задачи, готовятся доклады на вузовские, Российские и Международные астрономические конференции, а также - публикации в астрономические издания различного уровня и заявки для участия в разнообразных студенческих научных конкурсах [23].
Для существенного облегчения понимания предмета студентами, при ограниченном количестве учебных часов, особое значение имеет чёткое выделение трёх основных методов исследования поведения небесномеханических систем: качественных, количественных и формалистических. (При этом предполагается, что спецкурс по небесной механике читается студентам после курса классической механики). Качественные методы – наиболее изящные, а иногда и наиболее мощные, (применяются при исследовании устойчивости, интегрируемости, существовании компактных решений); формалистические методы служат основой для классической небесной механики (основаны на разложении в ряды); а количественные методы являются наиболее популярными при поиске частных решений задач, без исследования поведения динамических систем (дают частное решение в простой форме: систему чисел, представляющих координаты как функции времени, и соответствуют экспериментированию в динамике) [1], [2], [5].
При рассмотрении в педвузе методов небесной механики, необходимо производить сокращение громоздких выводов формул, характерных для работ по классической небесной механике. В педагогическом университете следует отдать предпочтение векторным методам изложения основ небесной механики, обращая внимание студентов на умение анализировать физическую сущность той или иной задачи и иллюстрируя учебный материал таблицами и графиками, построенными с помощью ЭВМ.
На основании педагогического опыта автор пришёл к выводу, что студенты всегда проявляют большой интерес к истории развития небесной механики, богатой своими традициями. Поэтому в ходе изложения материала совершаются соответствующие исторические экскурсы (с учётом спецкурсов "История физики" и "История астрономии", читаемых в ЯГПУ).
Для студентов, которые желают детально ознакомиться с выводами различных небесномеханических аналитических выражений, организуются занятия в виде творческих консультаций.
Для повышения эффективности учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов им предлагается освоить одну из систем работы с буквенными выражениям "REDUCE", "MATHEMATICA", "MAPLE".
Обсуждение тонких и специальных задач о движении искусственных и естественных небесных тел студенты могут найти в статьях, публикуемых в отечественных и зарубежных астрономических изданиях, включая базы данных сети "INTERNET".
Разработанная автором система задач по небесной механике и астродинамике [4] для будущих учителей физики (астрономии), обеспечивает закрепление знаний, приобретаемых ими на лекционных занятиях, и способствует выработке умений и навыков в проведении самостоятельных научно-значимых астрономических исследований.
Литература:
- Рой А. Движение по орбитам. М.:Мир, 1981. 544 с.
- Дубошин Г.Н. Небесная механика. Основные задачи и методы. М.: Наука, 1975. 799 с.
- Справочное руководство по небесной механике и астродинамике /Дубошин Г.Н. М.: Наука, 1976. 862 с.
- Перов Н.И. Астрономические задачи. Ярославль: ЯГПИ, 1993. С. 29-55.
- Себехей В. Теория орбит. Ограниченная задача трёх тел. М.: Наука, 1982. 650 с.
- Субботин М.Ф. Введение в теоретическую астрономию. М.: Наука, 1968.
- Уинтнер А. Аналитические основы небесной механики. М.: Наука, 1967. 524 с.
- Штифель Е., Шейфеле Т. Линейная и регулярная небесная механика. М.: Наука, 1975. 304 с.
- Зигель К. Лекции по небесной механике. М.: Иностранная литература, 1959. 320 с.
- Аксёнов Е.П. Специальные функции в небесной механике. М.: Наука, 1986. 320 с.
- Аксёнов Е.П. Теория движения искусственных спутников Земли. М.: Наука, 1977. 360 с.
- Маркеев А.Г. Точки либрации в небесной механике и космодинамике. М.: Наука, 1978. 312 с.
- Херрик С. Астродинамика. М.: Мир, 1976. Т. 1 – 3.
- Кинг-Хили Д. Теория орбит искусственных спутников в атмосфере. М.: Мир, 1966. 360 с.
- Чернявский Г.М., Бартенев В.А., Малышев А.А. Управление орбитой стационарного спутника. М.: Машиностроение, 1984. 144 с.
- Чечельницкий А.М. Экстремальность, устойчивость, резонансность в астродинамике и космонавтике. М.: Машиностроение, 1980. 312 с.
- Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1987. 304 с.
- Реферативный журнал "Астрономия". М.: ВИНИТИ, 2000-2004.
- Реферативный журнал "Исследование космического пространства". М.: ВИНИТИ, 2000-2004.
- Астрономический журнал РАН. М.: Наука, 2004.
- Письма в Астрономический журнал РАН. М.: Наука, 2004.
- Астрономический вестник РАН. М.: Наука, 2004.
- Перов Н.И. , Прошлецова М.В. Роль астрономических научно-значимых открытий студентов и школьников в повышении уровня значимости предмета "Астрономия" в Российской системе образования / Материалы III Всеросс. научно-практ. конф. "Современная астрономия и методика её преподавания" (27-29 марта 2002 г. С-Пб., РГПУ). С.-Пб.: РГПУ, 2002. С. 76 – 82.
| << Предыдущая |