Chuyên đề học tập Vật lí 10 - Bài 6: Nhật Thực, Nguyệt Thực, Thủy Triều | Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trái Đất có dạng gần hình cầu, hơi dẹt ở hai cực Bắc và Nam. Đường kính trung bình của Trái Đất khoảng 12 756 km. Trái Đất tự quay quanh trục Bắc – Nam của nó với chu kì 23 giờ 56 phút 4 giây tạo ra hiện tượng ngày và đêm. Trái Đất quay quanh Mặt Trời với quỹ đạo gần tròn có chu kì 365,25 ngày với tốc độ trung bình 108 000 km/h. Trái Đất có lớp vỏ ngoài cùng rắn và được bao phủ bởi 71% là đại dương.

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất, nhỏ hơn Trái Đất khoảng 4 lần, cách Trái Đất khoảng 384 000 km.

Hình 6.2. Hình ảnh Mặt Trăng và Trái Đất chụp từ tàu vũ trụ 

Mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng quay quanh Trái Đất và mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất quay quanh Mặt Trời lệch nhau một góc khoảng 5°. Khi Mặt Trăng nằm gần đường thẳng giữa Mặt Trời, Trái Đất nên sẽ xảy ra hiện tượng nhật thực hoặc nguyệt thực trên Trái Đất.

Hình 6.1. Hình ảnh Trái Đất chụp từ vũ trụ

Nhật thực xảy ra khi ba thiên thể Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất gần như thẳng hàng và Mặt Trăng ở vị trí giữa Trái Đất và Mặt Trời (Hình 6.3). Theo tính toán của các nhà khoa học, trong một năm có thể có tới 5 nhật thực: lần nhật thực đầu vào tháng giêng; lần 2 vào kì không Trăng của tuần Trăng tiếp theo; lần 3 là sau 6 tuần Trăng; lần 4 xảy ra vào tuần Trăng tiếp theo: lần 5 xảy ra sau lần đầu 12 tuần Trăng.

Tùy theo vị trí quan sát trên Trái Đất, vị trí của Mặt Trăng, Mặt Trời trên quỹ đạo, thời điểm khi nhật thực xảy ra ta sẽ quan sát được nhật thực khác nhau.

Do quỹ đạo chuyển động của Mặt Trời, Mặt Trăng không hoàn toàn tròn mà có dạng elip nên khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời và từ Trái Đất đến Mặt Trăng có lúc gần, lúc xa. Do đó bán kính góc Mặt Trăng trong quan sát thấy ra nhật thực có lúc lớn hơn bán kính góc Mặt Trời, có lúc bé hơn.

• Nhật thực toàn phần xảy ra khi Trái Đất nằm trong vùng bóng tối của Mặt Trăng che khuất hoàn toàn Mặt Trời và người quan sát nằm trong bóng tối của Mặt Trăng.

• Nhật thực hình khuyên xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất phải cùng nằm trên một đường thẳng, nhưng Mặt Trăng không che hết toàn phần Mặt Trời. Khi đó Mặt Trời vẫn hiện ra như một vòng đai rực rỡ bao quanh đĩa Mặt Trăng. Nhật thực hình khuyên thường xảy ra khi Mặt Trăng ở xa Trái Đất nên chóp bóng tối của Mặt Trăng không chạm vào bề mặt Trái Đất (Hình 6.4).
• Nhật thực một phần xảy ra khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất không hoàn toàn nằm trên cùng một đường thẳng. Khi đó Mặt Trăng chỉ che khuất một phần của Mặt Trời. Hiện tượng này thường được quan sát thấy ở nhiều nơi trên Trái Đất bên ngoài đường đi của nhật thực trung tâm.

Hình 6.4. Hình ảnh nhật thực nhìn từ Trái Đất

Hình 6.5. Hình ảnh nhật thực nhìn từ không gian

Bóng Mặt Trăng in lên Mặt Trời bắt đầu từ rìa phía của Mặt Trời, sau đó lớn dần. Đến pha cực đại (pha toàn phần) người quan sát ở vùng trung tâm nhật thực sẽ thấy Mặt Trời bị che khuất hoàn toàn (nếu là nhật thực toàn phần) hoặc còn chừa một vòng bên ngoài (nếu nhật thực hình khuyên). Sau đó Mặt Trăng ra khỏi Mặt Trời rìa phải sáng như lưỡi liềm.

Phần sáng lớn dần và khi Mặt Trăng ra khỏi Mặt Trời thì nhật thực kết thúc. Ở vùng bóng tối chỉ thấy được nhật thực một phần, mức độ che lấp phụ thuộc vào khoảng cách gần hay xa vùng trung tâm.

Khi xảy ra nhật thực toàn phần, tại pha toàn phần Mặt Trời bị đĩa Mặt Trăng che khuất hoàn toàn, khiến bầu trời tối gần như đêm. Trên nền trời thấy rõ các vì sao, chỉ có đường chân trời mới sáng. Vành nhật hoa của Mặt Trời (corona) sẽ hiện ra quanh đĩa Mặt Trời bị che khuất rất đẹp. Đây là dịp tốt để nghiên cứu vành nhật hoa, một thành phần quan trọng của Mặt Trời mà bình thường rất khó quan sát.

Hình 6.6. Các pha nhật thực

Hình 6.7. Nhật hoа

Nguyệt thực là hiện tượng Mặt Trăng đi vào vùng bóng tối phía sau Trái Đất. Khi đó, vị trí của Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng nằm trên cùng một đường thẳng.

Ta biết rằng cả Trái Đất và Mặt Trăng cùng chuyển động xung quanh Mặt Trời, do vậy sẽ có lúc Mặt Trăng đi vào phần bóng tối của Trái Đất, bị bóng tối của Trái Đất che khuất, khi đó xảy ra hiện tượng nguyệt thực. Nguyệt thực xảy ra trong những đêm trăng rằm, lúc ấy ta thấy Mặt Trăng bị che khuất dần, Trái Đất đã chắn hết ánh sáng của Mặt Trời nên Mặt Trăng không nhận được ánh sáng từ Mặt Trời, do đó Mặt Trăng không thể phản xạ lại để chúng ta nhìn thấy đĩa sáng của nó, lúc này Mặt Trăng trông mờ như một đĩa sáng màu nâu xám.

So với Trái Đất, đường kính của Mặt Trăng chỉ bằng một phần tư, khoảng cách từ Mặt Trăng tới Trái Đất khá gần so với khoảng cách từ Mặt Trời tới Mặt Trăng. Vì vậy khi xảy ra hiện tượng nguyệt thực thì toàn bộ Mặt Trăng đều nằm trong bóng tối của Trái Đất. Điều này có nghĩa rằng toàn bộ nửa bán cầu đêm của Trái Đất đều có thể nhìn thấy nguyệt thực khi mỗi lần nguyệt thực xảy ra.

Nguyệt thực luôn xảy ra vào dịp Trăng tròn, khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thẳng hàng với nhau. Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng luôn hắt bóng vào không gian. Bóng này có dạng hình nón kéo dài hàng triệu kilômét. Khi Mặt Trăng chỉ hoàn toàn vào cái bóng khổng lồ ấy thì xảy ra nguyệt thực toàn phần.

Hình 6.8. Hình ảnh chụp hiện tượng nguyệt thực

Hình 6.9. Các pha nguyệt thực

Thủy triều là hiện tượng mực nước ở ven biển, cửa sông tại mọi nơi lên, xuống theo chu kì đứng bằng khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp Mặt Trăng di chuyển qua vị trí đối trên bầu trời.

Hình 6.10. Hình minh họa hiện tượng thủy triều

Nguyên nhân chính của thủy triều là do lực hấp dẫn giữa Mặt Trăng và Trái Đất. Vì Trái Đất không hoàn toàn rắn mà có lớp nước bao bọc bên ngoài nên gia tốc do Mặt Trăng truyền cho các phần của Trái Đất là không giống nhau: gia tốc tổng hợp làm phần nước chuyển động, gây ra hiện tượng thủy triều.

Trong những ngày Mặt Trăng, Trái Đất và Mặt Trời thẳng hàng, lực hấp dẫn của Mặt Trời tác động lên Trái Đất, dù ở cùng trở nên đáng kể hơn. Khi đó tại vị trí thẳng hàng, lực tác động lên Trái Đất sẽ là tổng hợp lực hấp dẫn do Mặt Trăng và Mặt Trời làm cho thủy triều lên xuống mạnh hơn, gọi là triều cường.

Hình 6.11. Lực hấp dẫn của Mặt Trăng, Mặt Trời gây nên triều cường

Vào những ngày không Trăng, hướng Mặt Trời vuông góc với Mặt Trăng, khi đó thủy triều yếu nhất. Trong thực tế, hiện tượng thủy triều ở các bờ biển phức tạp hơn vì còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác.

Hình 6.12. Lực hấp dẫn do Mặt Trăng, Mặt Trời tác động lên Trái Đất ở vị trí thẳng hàng (a) và vị trí vuông góc (b)

?

Hãy giải thích tại sao vào khoảng tháng 9, tháng 10 hằng năm thường xảy ra triều cường cuối buổi chiều gây ngập lụt.

EM ĐÃ HỌC

• Hiện tượng nhật thực, nguyệt thực, thủy triều
• Điều kiện để xảy ra nhật thực, nguyệt thực. Số lần xảy ra nhật thực, nguyệt thực trong một năm.
• Biết được thế nào là nhật thực toàn phần, nhật thực hình khuyên và nhật thực một phần.

EM CÓ THỂ

1. Giải thích được hiện tượng nhật thực, nguyệt thực.
2. Giải thích được hiện tượng thủy triều.
3. Giải thích được vì sao thời gian nguyệt thực lại kéo dài hơn thời gian nhật thực.
4. Làm được mô hình thí nghiệm để mô tả hiện tượng nhật thực, nguyệt thực.

EM CÓ BIẾT?

QUAN NIỆM THỜI XƯA VỀ NHẬT THỰC, NGUYỆT THỰC

Trong các truyền thuyết của một số nền văn hóa cổ xưa, hiện tượng nhật thực, nguyệt thực hay bão giật, sấm sét, một số điều không may mắn, là dấu hiệu cho thấy các vị thần nổi giận và thời kì thiên tai sắp bắt đầu. Nỗ khiến con người vô cùng sợ hãi.

Người xưa thường cho rằng Mặt Trời và Mặt Trăng là những đẳng siêu nhiên, thậm chí là thần linh. Họ thường liên tưởng các hiện tượng này với việc Mặt Trời, Mặt Trăng bị nuốt chửng bởi những sinh vật trong truyền thuyết.

Người Ai Cập cổ đại nhìn thấy nhật thực, nguyệt thực như là một con lợn nái nuốt Mặt Trời, Mặt Trăng trong một thời gian ngắn.

Người Maya cho rằng hiện tượng nhật thực do một con rắn khổng lồ ăn mất Mặt Trời và hiện tượng nguyệt thực do một con báo đốm Mỹ ăn mất Mặt Trăng.

Trong thần thoại Bắc Âu, con rắn Rahu bị thần Vishnu chặt đầu vì uống rượu của các vị thần. Rahu muốn uống rượu thiêng để bất tử và đóng giả thành một người phụ nữ để thực hiện kế hoạch này. Sau khi bị chặt đầu, nó bay lên bầu trời, nuốt Mặt Trời, hút ánh sáng và là nguyên nhân làm xuất hiện nhật thực.

Trong Hy Lạp cổ đại, người Hy Lạp cổ đại tin rằng nhật thực toàn phần là một điềm xấu, là dấu hiệu cho thấy các vị thần nổi giận và thời kì thiên tai, hủy diệt sắp bắt đầu. Người Trung Quốc thì cho rằng Mặt Trời bị con rồng ăn mất và Mặt Trăng do một con cóc 3 chân ăn mất.

Ở Việt Nam cũng các hành động mê tín như cúng tràng (gõ mõ, ném đá để xua cái bụng mà họ cho là con thiên cẩu hoặc con gấu đang “ăn” Mặt Trăng).

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, con người đã có những hiểu biết rõ ràng nguyên nhân gây ra hiện tượng nhật thực, nguyệt thực. Những quan niệm sai, những quan niệm mê tín quanh hiện tượng nhật thực, nguyệt thực không còn nữa.