Модель движения земли вокруг солнца анимация

На анимации показали, вокруг чего на самом деле вращаются тела Солнечной системы

Анимационная модель, созданная планетологом Японского космического агентства JAXA Джеймсом О’Донохью, показывает, что вся наша Солнечная система вращается не вокруг Солнца, сообщает ScienceAlert.

Все, в том числе Солнце, вращается вокруг центра масс, который называется барицентром. Барицентр – точка, в которой объект идеально сбалансирован, причем вся его масса равномерно распределена по всем сторонам. В нашей Солнечной системе эта точка редко совпадает с центром Солнца.

Чтобы продемонстрировать это, О’Донохью создал анимацию, которая показывает, как Солнце, Сатурн и Юпитер играют в «перетягивание каната» вокруг барицентра, из-за чего звезда начинает двигаться по петлевым мини-орбитам. «Естественно думать, что мы вращаемся вокруг центра Солнца, но это очень редко случается», – отметил О’Донохью.

На анимации движения Солнца «преувеличены», но наша звезда действительно вращается на миллионы километров вокруг барицентра – иногда проходя над ним, иногда отклоняясь от него.

Большая часть этого движения происходит из-за гравитации Юпитера. Солнце составляет 99,8% массы Солнечной системы, но Юпитер содержит большую часть оставшихся 0,2%. Эта масса очень мягко притягивает солнце, поэтому можно сказать, что Солнце немного вращается вокруг Юпитера, отмечаетисследователь.

В пределах Солнечной системы все планеты и их спутники имеют свой собственный барицентр. Земля и Луна танцуют более простой танец, при этом барицентр остается внутри Земли. О’Донохью показал это на видео:

Анимация также показывает, как Земля и Луна будут двигаться в течение следующих трех лет в 3D. (расстояние между Землей и Луной не масштабируется.)

Плутон и его спутник Харон тоже делают нечто подобное, однако барицентр всегда находится за пределами Плутона:

В конечном итоге каждая планетная система вращается вокруг невидимой точки, которая находится в центре. Барицентры иногда помогают астрономам находить скрытые планеты, вращающиеся вокруг других звезд.

Ранее ученым удалось установить центр тяжести Солнечной системы с точностью до 100 метров.

Источник

Красивая и познавательная анимация: случаи кругового движения и колебаний

В своей предыдущей статье я рассказывал, как я делал анимацию планет Солнечной системы для своего сына. Спасибо всем за оставленные там отзывы и «теплый» прием. Сегодня я подготовил еще несколько интересных анимаций, условно объединенных под тему «круговое движение и колебания». Другими словами, то, что описывается с помощью косинусов и синусов.

Для отрисовки я использовал javascript и canvas. Для каждого примера дана ссылка, где вы можете всё внимательно посмотреть. Можно заглядывать в исходный код, можно копировать себе — я не буду возражать. Материал вполне может пригодиться на занятиях и факультативах по физике, математике или информатике.

Траектория Луны

Давайте начнем с небесной механики. Мой любимый вопрос для школьников: «Земля движется [почти] по кругу вокруг Солнца, а Луна — по кругу вокруг Земли. Как выглядит траектория Луны в системе отсчета Солнца?» Я надеюсь, что уважаемые читатели окажутся более подготовленными и не начнут рисовать подобные «завитушки»:

Хотя такая траектория и подходит под здравый смысл, но конкретно с Луной так не бывает. На самом деле, Земля «несется» по орбите, а Луна, как привязанная, оказывается то слегка слева, то слегка справа. Действительно: орбитальная скорость Земли

30 км/с, Луны — примерно 1 км/с. Очевидно, что скорости Луны никак не хватает, чтобы она могла двигаться в противоположную сторону. Более точное объяснение связано с расчетом действующих на Луну сил (со стороны Земли и Солнца) и того, куда направлен радиус кривизны траектории (оставлю это на самостоятельное изучение).

Итак, по теории вроде бы понятно. Но всё равно остается некоторая недосказанность. Хочется посмотреть, как оно есть на самом деле. Давайте сделаем модель в масштабе 1 пиксель = 30000 км. Это компромиссный вариант, чтобы орбиты были различимы, хотя масштаб картинки все равно получается огромным: 15000*15000 пикселей. На анимации движение Земли и Луны описывается законами кругового движения: голубая траектория для Земли, и черная для Луны. Сделав отрисовку, можно посмотреть на итог. Видно, насколько малы общие отклонения орбиты Луны от орбиты Земли. Вот для примера малый фрагмент картинки:

Так что имеющие в интернете рисунки крайне искажены, нужно об этом помнить.

Кстати, ради интереса можно сделать такую же анимацию с каким-нибудь спутником Юпитера. По идее, там уже должны получаться «завитушки».

Фигуры Лиссажу

Когда-то давно, когда я учился в новосибирской физматшколе, у нас была лабораторная работа «Фигуры Лиссажу», как и положено, с генераторами и советским осциллографом. Выглядело это основательно и интересно. В зависимости от частот сигналов, подаваемых на входы, на экране осциллографа получаются различные фигуры:

По сути, каждая фигура представляет собой сложение двух одновременных колебаний — по оси X и по оси Y. Частоты этих колебаний могут соотноситься как 1:1 (одно колебание по X, одно по Y; могут получаться окружность, эллипс или прямая), 1:2 (одно по X, два по Y; получаются парабола или «седло»), 1:3, 2:3 (более сложные фигуры) и так далее — думаю, принцип вы поняли. Подробную теоретическую основу вы можете найти в Википедии, а я подготовил отдельную страницу, где можно «поиграться» с разными коэффициентами.

Интересным параметром является сдвиг фазы между колебаниями. Если его непрерывно менять, то фигура «оживает» — начинает вращаться. Здесь моим любимым вопросом является такой: «а в какую сторону она вращается?» Кто-то говорит, что в одну сторону, кто-то — что в другую, а вообще можно «переключать» направление вращения прямо на ходу. Это чисто вопрос восприятия. Попробуйте и вы так сделать.

Усложним нашу анимацию, добавив в нее еще и затухание. В этом случае точка постепенно «падает» в центр, но, опять же, по замысловатой и довольно красивой траектории.

Кстати, подобное можно сделать и вживую. Как советуют в одной книге, нужно сделать цилиндр с малым отверстием внизу, насыпать туда манки, подвесить в дверной проем и качнуть. Высыпающася манка как раз и будет рисовать затухающую фигуру Лиссажу.

Спирограф

Игрушка из детских воспоминаний, когда я, будучи в возрасте 6-7 лет, рисовал узоры в гостях у бабушки:

Если вдруг кто-то, по какому-то неслыханному стечению обстоятельств, не знаком с этим чудом, то бегом в Википедию. Мы же посмотрим на страницу с анимацией. Параметров, как и в реальном спирографе, всего три: радиусы малого/большого круга и расстояние от точки до центра малого круга. Но их разные комбинации дают огромное количество узоров (примеры вы видели в начале этой статьи).

Кстати, у скрипта обнаружилась одна интересная особенность: в нем можно задавать такие комбинации, которые в реальном спирографе просто невозможны – например, сделать внутренний круг больше внешнего, или вообще вынести отверстие за пределы внутреннего круга. Программа позволяет придумывать всё, что угодно.

Результаты

Давайте подведем итог. Как видите, наши анимации находятся на стыке физики и информатики. Хорошо и интересно прочитать про Луну или те же фигуры Лиссажу, но вдвойне хорошо и интересно — увидеть это на экране и «поиграться» с параметрами. Конечно, если есть реальные объекты для получения результата, то, разумеется, нужно пользоваться им (например, электронные приборы — генераторы, осциллограф — для наблюдения фигур Лиссажу). Я вообще сторонник «работать руками». Но часто нет ничего подходящего — в таких случаях выручает анимация на компьютере.

Еще я хотел бы отдельно отметить эстетическую составляющую. Природа, по моему личному убеждению, невероятно красива в своей сути. Согласитесь, приятно смотреть на короткую и простую формулу, которая описывает целый класс явлений. Или, опять же, на графическое представление какой-то формулы (как со спирографом). А, например, силовые линии магнитного поля? А результат столкновения частиц? Помню, в университете мы тоже рисовали решения дифференциальных уравнений — даже там были свои изящество и красота. Если вы всё это знаете и понимаете, о чем я говорю — давайте пожмем друг другу руки. А если вы только сейчас заинтересовались этим — для вас всё только начинается. Сегодня был первый шаг.

Источник

Анимационное движение Земли вокруг Солнца

Описание разработки

Тема: Анимационное движение Земли вокруг Солнца.

Раздел программы: Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации.

Тип урока: урок практикум в 9 классе.

Оборудование: компьютерный класс, оснащённый современной техникой и лицензированным программным обеспечением. На компьютерах должна быть установлена операционная система Windows (Microsoft PowerPoint) или Linux (OpenOffice.org Impress). Обеспечена работа локальной и глобальной сети, а так же экрана с проектором.

сформировать алгоритмическое представление разработки анимации в презентации на основе обработки графической информации;
уметь выбирать программную среду для решения конкретной учебной задачи связанной с анимационным движением;
расширить общеучебные и общекультурные навыки работы с графической информацией.

Воспитательная – развитие познавательного интереса, чувства своего выбора, воспитание информационной культуры, осознание своей значимости в образовательном процессе.
Учебная – активизация мыслительных процессов, формирование понятия анимации, настройки анимации.
Развивающая – формирование и развитие обобщенных способов деятельности, навыков самостоятельной работы, творческой активности учащихся, памяти, внимательности, компетентностей.
Познавательная – расширение кругозора.

Подготовительный этап (1 минута)

Проверка готовности учащихся к уроку. Приветствие класса.

Актуализация знаний (20 минут)

Преподаватель заранее продумывает вопросы для активизации мыслительной деятельности учащихся, используя методический прием беседу. Например:

Для привлечения внимания к своему сообщению докладчик использует движущиеся объекты в демонстрируемых слайдах информационного сообщения (в данный момент проектор выводит на экран 2-3 различных тематических слайда с движущимися объектами учащихся прошлых лет). Каким образом достигается иллюзия анимационного движения?

за счёт быстрой сменяемости одного объекта другим слегка изменённым от предыдущего;
быстрая смена объекта-кадра, которую глаз человека воспринимает как непрерывное движение.>

Как влияет количество кадров на качество анимации?

чем больше количество кадров меняется за одну секунду, тем качественнее иллюзия движения, так в кино за одну секунду сменяются 24 кадра.>

С какой частотой для комфортного восприятия происходит обновление изображения в современных мониторах?

с частотой 75 раз в секунду.>

На данный вопрос, как правило, учащиеся испытывают затруднение, поэтому необходимо двух учеников адресовать в сеть Интернет для получения более полной информации. Пока они вводят в поисковую строку запрос другим, например, шести ученикам предлагается найти ответы на задания, которые напечатаны на листках лежащих у компьютера с выходом в Интернет (сами задания не оглашаются). Если желающих ребят мало, то учитель сам в праве вызвать учеников, которые успешно справятся с поставленным заданием.

Задания, найти в сети Интернет информацию и сделать совместную небольшую информационную справку:

первые упоминания механизмов анимации (на бумаге, стекле, …);
год выпуска и страна самого первого полнометражного мультфильма;
в каком году в СССР состоялась премьера мультфильма «Новый Гулливер»;
кто и в каком году основал мультипликационную студию «Пилот» в нашей стране;
какие среды используют для современных анимационных роликов;
найти два современных анимационных ролика демонстрирующих движение Земли вокруг Солнца.

70 г. до н.э. Лукреций в своем произведении «О природе вещей» рассказывал о механизме создания подвижных узоров.

10-11 вв. – появились теневые представления, которые были очень похожи на будущие мультфильмы.

15 в. – выполнены подобия блокнотов с движущимися узорами, человечков или животных.

В средние столетия находились спецы, веселившие народ подвижными изображениями, используя для этого специальные механизмы.

Во второй половине 17 ст. А.Киршер создал «чародейственный фонарь», с помощью которого можно было показывать изображения на стекле.

Самый первый полнометражный мультфильм был выпущен в 1917 году Аргентиной и назывался он «Апостол», а в СССР в 1935 году состоялась первая премьера мультфильма «Новый Гулливер».

Первой негосударственной студией в бывшем СССР считается московская мультипликационная студия «Пилот», которая основана в 1988 году режиссером Александром Татарским, художником Игорем Ковалёвым и искусствоведом Анатолием Прохоровым.

Современными принципами и методами создания анимационных роликов считаются среды Adobe Flash, 3D, HTML, Flex, Delphi, PowerPoint, Pascal, Basic,…

Примеры анимации движения Земли вокруг Солнца:

Группа учащихся сама распределяет, кто на какой вопрос ищет ответ и в какой последовательности будет их выступление. Время поиска и составления информационной справки ограниченно от 4 до 7 минут. Учитель продолжает работать с остальной массой ребят, предварительно выслушав ответ от двух учащихся работавших в поисковой сети. Далее он предъявляет очередной вопрос:

Предложите возможные варианты создания модели, если ученик девятого класса получил задание от учителя географии смоделировать движение Земли вокруг Солнца.

Девятиклассники, сначала урока сидят, так чтобы им можно было быстро сгруппироваться в малые группы по четыре – пять человек для обсуждения варианта модели. Время обсуждения 2 минуты, предъявления модели 3 минуты, т.е. не все группы выслушиваются.

1) изобразить Солнце и Землю, задать траекторию смены положения Земли, используя уравнение окружности для смены координат х и у (см.рис.1);

2) создать 8 рисунков (кадров) с различными положениями Земли по отношению к Солнцу и быстро их просмотреть (сменяя один рисунок, друг за другом) (см.рис.2);

3) обратиться к настройкам анимации одного из приложений программного обеспечения и выбрать желаемый эффект для Земли.>

Предоставляется слово учащимся с информационной справкой, в завершении которой они демонстрируют ещё два варианта заданной модели.

И так в каких средах или программных приложениях можно организовать работу предложенных моделей?

используя язык программирования (Pascal, Basic, С++, Delphi и т.д.),
разработать презентацию (PowerPoint, OpenOffice.org Impress),
использовать Macromedia Flash и т.д.>

С какой из предложенных сред вы знакомы и готовы разработать быстро анимацию движения Земли вокруг Солнца?

презентацией (большее количество детей),
Macromedia Flash (единичный ответ) и т.д.>
Вопрос на уточнение: Так чем вы сейчас будете заниматься?

Читайте также: Юбка солнце клеш клетка

3. Постановка учебной задачи (20 минут)

Учащиеся получают Задание: используя возможности анимационных эффектов презентации, разработайте модель движения Земли вокруг Солнца. Разместив на одном слайде необходимые объекты (Землю и Солнце) самостоятельно изучите и подберите наиболее подходящие эффекты.

В данном компьютерном практикуме ребята впервые на уроке работают с презентацией. Некоторые из них имеют представление работы в этом программном приложении из самостоятельного его изучения в домашних условиях или знакомились с ним в среднем звене. Поэтому ученики в состоянии выделить инвариантный компонент интерфейса и выполнить требуемое задание без объяснений и демонстраций приложения. Проанализировав предложенную ситуацию, девятиклассники используют исследовательский метод работы.

Учащиеся самостоятельно компонуют работу в парах, группах за персональным компьютером. У некоторых ребят возникает вопрос: «Какую среду необходимо запустить на экране монитора?». И от своих одноклассников получают ответ «Microsoft PowerPoint».

В процессе работы учащихся преподаватель берёт на себя роль консультанта. И отвечает на часто задаваемые вопросы:

— «С помощью чего изобразить Землю и Солнце?»

— «Как закрасить Землю?»

— «Где находятся эффекты анимации?»

— «Как добавить эффект анимации?»

После того как большая часть класса справилась с заданием (5-6 машин из 9), вся работа над созданием модели останавливается. Варианты моделей сохраняются по локальной сети в одну общую папку, и начинается демонстрация работ в аудитории сети через проектор.

— Пронаблюдав различные модели, предложенные в аудитории, какие эффекты анимации вами были использованы?

4. Анализ своих действий (17 мин)

Далее предъявляется на экране модель движения Земли вокруг Солнца, выполненная по алгоритму из практикума Н.Д.Угриновича.

— Как вы считаете, какие эффекты анимации использованы в этой модели?

Демонстрируемые эффекты анимации в аудитории не были ни кем выбраны и определить какой именно анимационный эффект использовался можно лишь предположением.

Отчётливо видно вращение Земли вокруг своей оси и движение Земли по круговой орбите вокруг Солнца, поэтому ребята должны зафиксировать именно эти названия эффектов.

Предлагается обсудить алгоритм создания только что увиденной модели с фиксацией у доски и в рабочих тетрадях школьников. Незнакомые эффекты вводятся учителем путем наводящих вопросов.

В это же время самый опытный ученик апробирует описанный алгоритм на компьютере, демонстрируя результат пошагового выполнения с помощью экрана и проектора в аудитории.

Алгоритм движение Земли вокруг Солнца:

Изобразить два объекта (Землю, Солнце).
Объекту Солнце задать эффект пути перемещения – круг.
Переместить объект Солнце в центр круга.
Объекту Земля задать эффект выделение-вращение.
Настройка анимационных эффектов одновременного перехода на следующий слайд с помощью команды параметры эффектов и вкладки времени.
Просмотр работы всей модели.

5. Рефлексия (7 минут)

Какую цель на занятии вы реализовали?

Какие трудности возникли в создании анимационной модели?

Для чего можно использовать полученные знания?

Чем можно дополнить нашу модель?

Дайте оценку увиденных моделей

(коллективная отметка выставляется в журнал).

Найдите и пронаблюдайте в сети Интернет подобные модели анимации.

6. Формулировка домашнего задания (5 минут)

Задание: Разработать анимацию работы светофора на одном слайде.

Учитываются разноуровневый работы:

Уровень А: на слайде графическими элементами изображен светофор, имеются все три сигнала, срабатывающие поочередно.

Уровень В: в работе сигналов учтен временной интервал смены цвета.

Уровень С: светофор многократно повторяет работу алгоритма анимации с правильным временным интервалом до тех пор пока не будет прерван пользователем.

Важно добиться единого понимания, а именно, обсудить работу сигналов светофора с учетом временного интервала между появлением и исчезновением красного, желтого и зелёного сигнала. Пример:

Загорается красный цвет (35 сек);
Появляется мигающий жёлтый цвет (5 сек);
Исчезает красный цвет, жёлтый мигает (3 сек);
Загорается зелёный цвет, жёлтый мигает (3 сек);
Исчезает жёлтый цвет, зелёный горит (35 сек);
Появляется мигающий жёлтый цвет (5 сек);
Исчезает зелёный цвет, жёлтый мигает (3 сек);
Повтор действий с пункта 1.

Содержимое разработки

Тема: Анимационное движение Земли вокруг Солнца.

Раздел программы: Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации.

Тип урока: урок практикум в 9 классе.

сформировать алгоритмическое представление разработки анимации в презентации на основе обработки графической информации;

уметь выбирать программную среду для решения конкретной учебной задачи связанной с анимационным движением;

расширить общеучебные и общекультурные навыки работы с графической информацией.

Воспитательная – развитие познавательного интереса, чувства своего выбора, воспитание информационной культуры, осознание своей значимости в образовательном процессе.

Учебная – активизация мыслительных процессов, формирование понятия анимации, настройки анимации.

Развивающая – формирование и развитие обобщенных способов деятельности, навыков самостоятельной работы, творческой активности учащихся, памяти, внимательности, компетентностей.

Познавательная – расширение кругозора.

Подготовительный этап (1 минута)

Проверка готовности учащихся к уроку. Приветствие класса.

Актуализация знаний (20 минут)

Для привлечения внимания к своему сообщению докладчик использует движущиеся объекты в демонстрируемых слайдах информационного сообщения (в данный момент проектор выводит на экран 2-3 различных тематических слайда с движущимися объектами учащихся прошлых лет). Каким образом достигается иллюзия анимационного движения?

за счёт быстрой сменяемости одного объекта другим слегка изменённым от предыдущего;

быстрая смена объекта-кадра, которую глаз человека воспринимает как непрерывное движение.>

Как влияет количество кадров на качество анимации?

чем больше количество кадров меняется за одну секунду, тем качественнее иллюзия движения, так в кино за одну секунду сменяются 24 кадра.>

С какой частотой для комфортного восприятия происходит обновление изображения в современных мониторах?

с частотой 75 раз в секунду.>

Задания, найти в сети Интернет информацию и сделать совместную небольшую информационную справку:

первые упоминания механизмов анимации (на бумаге, стекле, …);

год выпуска и страна самого первого полнометражного мультфильма;

в каком году в СССР состоялась премьера мультфильма «Новый Гулливер»;

кто и в каком году основал мультипликационную студию «Пилот» в нашей стране;

какие среды используют для современных анимационных роликов;

найти два современных анимационных ролика демонстрирующих движение Земли вокруг Солнца.

10-11 вв. – появились теневые представления, которые были очень похожи на будущие мультфильмы.

15 в. – выполнены подобия блокнотов с движущимися узорами, человечков или животных.

Примеры анимации движения Земли вокруг Солнца:

Предложите возможные варианты создания модели, если ученик девятого класса получил задание от учителя географии смоделировать движение Земли вокруг Солнца.

И так в каких средах или программных приложениях можно организовать работу предложенных моделей?

используя язык программирования (Pascal, Basic, С++, Delphi и т.д.),

разработать презентацию (PowerPoint, OpenOffice.org Impress),

использовать Macromedia Flash и т.д.>

С какой из предложенных сред вы знакомы и готовы разработать быстро анимацию движения Земли вокруг Солнца?

презентацией (большее количество детей),

Macromedia Flash (единичный ответ) и т.д.>

Вопрос на уточнение: Так чем вы сейчас будете заниматься?

3. Постановка учебной задачи (20 минут)

Учащиеся получают Задание: используя возможности анимационных эффектов презентации, разработайте модель движения Земли вокруг Солнца. Разместив на одном слайде необходимые объекты (Землю и Солнце) самостоятельно изучите и подберите наиболее подходящие эффекты.

— «С помощью чего изобразить Землю и Солнце?»

— «Как закрасить Землю?»

— «Где находятся эффекты анимации?»

— «Как добавить эффект анимации?»

— Пронаблюдав различные модели, предложенные в аудитории, какие эффекты анимации вами были использованы?

4. Анализ своих действий (17 мин)

— Как вы считаете, какие эффекты анимации использованы в этой модели?

Алгоритм движение Земли вокруг Солнца:

Изобразить два объекта (Землю, Солнце).

Объекту Солнце задать эффект пути перемещения – круг.

Переместить объект Солнце в центр круга.

Объекту Земля задать эффект выделение-вращение.

Настройка анимационных эффектов одновременного перехода на следующий слайд с помощью команды параметры эффектов и вкладки времени.

Просмотр работы всей модели.

Какую цель на занятии вы реализовали?

Чему вы научились?

Какие трудности возникли в создании анимационной модели?

Для чего можно использовать полученные знания?

Чем можно дополнить нашу модель?

Дайте оценку увиденных моделей

(коллективная отметка выставляется в журнал).

Найдите и пронаблюдайте в сети Интернет подобные модели анимации.

6. Формулировка домашнего задания (5 минут)

Задание: Разработать анимацию работы светофора на одном слайде.

Учитываются разноуровневый работы:

Уровень В: в работе сигналов учтен временной интервал смены цвета.

Загорается красный цвет (35 сек);

Появляется мигающий жёлтый цвет (5 сек);

Исчезает красный цвет, жёлтый мигает (3 сек);

Загорается зелёный цвет, жёлтый мигает (3 сек);

Исчезает жёлтый цвет, зелёный горит (35 сек);

Появляется мигающий жёлтый цвет (5 сек);

Исчезает зелёный цвет, жёлтый мигает (3 сек);

Источник