Презентация "Гравитационные волны и их детектирование"

Разработка иллюстрационного учебного пособия по теме « Гравитационные волны и их детектирование »

Выполнила: учитель физики Зорина Екатерина Сергеевна МБОУ «Лудорвайская СОШ им. Героя Советского Союза А.М. Лушникова»

Целью данной курсовой работы является ознакомление студентов с студентов с гравитационными волнами и их детектированием.

Задачи:

Образовательные :

• ознакомить обучающихся с понятием гравитационные волны и их свойствами;
• сформировать представление о регистрации гравитационных волн;
• ознакомить обучающихся с интерферометром LIGO, его устройством и принципом работы.

Развивающие:

• развить познавательный интерес к физическим знаниям;
• развить познавательные способности (память, внимание, наблюдательность и т.д.);
• развить умение делать самостоятельные выводы.

Воспитательные:

• привить устойчивый интерес к физической науке, самостоятельность в приобретении знаний;
• воспитание трудолюбия, настойчивости в преодолении трудностей и т.п.

Методы, используемые при подготовке учебного пособия : анализ, обобщение, описание и формализация.

Существование гравитационных волн впервые было предсказано в 1916 году Альбертом Эйнштейном на основании общей теории относительности.

Что такое ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ?

Гравитационные волны – это распространяющиеся в пространстве-времени колебания геометрической структуры (метрики) пространства-времени, которые движутся со скоростью света.

Источники гравитационных волн :

Сливающиеся двойные нейтронные звезды или черные дыры, вращающиеся друг относительно друга

Источниками могут

также быть

двойные черные дыры

Основные свойства гравитационных волн

1. В пустом пространстве они распространяются со скоростью света.

2. Волны тяготения поперечны

3. Гравитационные волны уносят энергию, которую они отбирают у излучающей материи.

Регистрация гравитационных волн:

Гравитационные колебания столь слабы, что только при помощи лазерных многокилометровых интерферометров типа LIGO можно обнаружить гравитационный волны.

LIGO

LIGO «лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория» – коллаборация, которая возникла вокруг эксперимента по поиску гравитационных волн.

Основным инструментом – интерферометр LIGO .

В 1992 году три доктора физики предложили проект по разработке интерферометра с целью поиска гравитационных волн

Основатели проекта LIGO:

Рональд Древер, Кип Торн,

Райнер Вайсс

Две основные составные интерферометра расположены на противоположных концах США, на расстоянии 3 002 км друг от друга. Первое здание обсерватории находится в городе Ливингстон (Луизиана) , второе же – в городе Хэнфорд (штат Вашингтон) .

11 февраля 2016 года  в ходе пресс-конференции научной коллаборации LIGO в Вашингтоне было объявлено об экспериментальном открытии гравитационных волн. 

Сигнал был детектирован 14.09.2015 в 9:50 UTC, который участники коллаборации после тщательного анализа и отсечки альтернативных интерпретаций интерпретировали как всплеск гравитационного излучения, рожденный слиянием двух черных дыр.

Его начальная частота равнялась 35 Гц , а максимальная – 250 Гц . Разница во времени между приходом сигнала на детекторы составила 7 мс.

Собранные данные позволили определить массы столкнувшихся дыр , 29 и 36 масс Солнца , и их удаленность от Земли – около 1,3 млрд. световых лет.

В результате этого катаклизма образовалась быстро вращающаяся черная дыра в 62 солнечных масс .

За экспериментальное обнаружение гравитационных волн в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

Значение открытия ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН

• Регистрация гравитационных волн явилась еще одним экспериментальным подтверждением ОТО;

• Впервые было обнаружение слияние черных дыр.

• Гравитационные волны (ГВ) открывают новую эру в астрономии. Вселенная прозрачна для ГВ. С их помощью можно заглянуть в области, неподвластные традиционной астрономии.

• Гравитационно-волновая астрономия поможет ответить на интересные и важные вопросы:

• как формируются черные дыры;
• правильно ли ОТО описывает гравитацию в пределе сильных полей;
• как ведет себя материя при экстремальных температурах и давлениях

Литература

Основная литература:

• Борисов, Ю.А. О свойствах гравитационных волн. М.: Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2016. – 645-650 с.
• Черные дыры, гравитационные волны и космология: Введение в современные исследования / М. Рис, Р. Руффини, Дж. Уилер; Пер. с англ. В.Н. Мельникова и Н.В. Мицкевича. – М.: Мир, 1977. – 376 с.
• Говерт Шиллинг. Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019. – 423 с.
• Брагинский, Б., Полнарёв, А. Г. Гравитационные волны. – М.: Советская энциклопедия (тт. 1–2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3–5), 1988–1999. – 931 с.
• Гальцов, Д. В. Излучение гравитационных волн электродинамическими системами/ Д. В. Гальцов, Ю. В. Грац, В. И. Петухов. – М.: Изд-во Московского университета, 1984. – 128 с.
• Руденко, В. Н. Поиск гравитационных волн. М.: Век 2, 2007. – 64 с.

Интернет-ресурсы:

• Журнал «Всё о космосе» – URL: https://aboutspacejornal.net/ (дата обращения 6.03.2019).
• Гравитационные волны станут новым инструментом для исследования Вселенной – URL: https://tass.ru/nauka/5692315 (дата обращения 6.03.2019).
• Гравитационные волны: дорога к открытию – URL: https://subscribe.ru/group/klub-lyubitelej-kosmosa/11611306/ (дата обращения 6.03.2019).
• Гравитационные волны – URL: http://www.adsl.kirov.ru/projects/articles/2016/02/13/gravitatsionnye_volny_otkryty (дата обращения 6.03.2019).
• Интерферометр LIGO – URL: http://spacegid.com/ligo.html (дата обращения 6.03.2019).

Спасибо

за внимание!