IOAA 2016, Анализ на данни — Задача 2. Разстояние до Луната

Анализ на данни · 50 т.

Инструкции

(1) Пълната продължителност на тура е пет часа.

(2) Практическият тур се състои от: Задачи от 1 до 3 - 50 точки всяка - 50 x 3 = 150 точки Общо = 150 точки

(3) Във Вашия плик Вие ще намерите

a. Текстовете на задачите, преведени на английски език

b. Текстовете на задачите, преведени на Вашия език

c. Таблица с константи на английски език

d. Taблица с константи на Вашия роден език

e. Бланка за отговори и решения за всяка задача (Summary answersheet)

f. Начална страница (Cover sheet)

(4) Моля, изплзвайите само син или черен химикал за писане. За чертане, можете да използвате молив. Графиките задължително трябва да бъдат начертани с молив!

(5) Няма да се отнемат точки за липсващо или грешно решение.

(6) Ще бъдат отнемани точки, ако отговорът на някоя задача е посочен, без подробно решение.

(7) Ще се отнемат точки, ако крайният отговор е записан с неправилен брой цифри или ако лиспва мерна единица или тя е неправилна.

(8) Трябва да използвате стойностите на фундаменталните и астрономическите константи, които са включени в таблицата, която Ви е предоставена.

(9) Инструкции, касаещи бланката за отговори и решения

a.Вие ще разполагате с отделна бланка за отговори (Summary answersheet) за всяка една задача. Крайният отговор на всяка една задача трябва да записан в съотвеното поле в тази бланка. Моля, запишете Вашия състезателен код и броя страници, използвани за решението на всяка една задача, в заглавната страница.

b. От Вас се изисква да напишете подробно решение в предоставеното място. Ако е необходимо, можете да поискате допълнителни листи (blank answersheets).

c.Моля, пишете решението на всяка задача на отделен лист!

d. Напишете Вашия състезателен код, номера на задачата и номера на страницата на ПРЕДНАТА страна на всяка една страница за решения (blank answersheet). Напишете Вашия състезателен код и номер на страницата на ОБРАТНАТА страна на всяка страница за решения.

e.Всяка графика трябва да бъде номерирана, съгласно инструкциите в съответната задача.

f. Номерата на страниците трябва да са последователни, т.е. ако Вие използвате 20 страници за целия тур (включително и бланките за отговори (Summary Answersheets)), номерата на страниците трябва да са от 1 до 20.

g. Моля, пишете само в очертаното поле!

h. Моля, зачертайте всичко, което сте написали, но не бихте искали да бъде оценявано.

(10) В края на тура:

a. Ясно запишете на началната страница (Cover sheet) номерата на странциите на които са написани решенията на всяка задача.

b. Проверете дали сте написали Вашия състезателен код на всички страници!

c. Поставете: началната страница, всички бланки за отговори и решения, празните листи и листите за чернова в плика. Можете да вземете със себе си текстовете на задачите и таблицата с константи.

Таблица с константи

Фундаментални константи

Скорост на светлината във вакуумc=2.998×108 m s−1c = 2.998\times10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}
Константа на Планкh=6.626×10−34 J sh = 6.626\times10^{-34}\ \mathrm{J\,s}
Константа на БолцманkB=1.381×10−23 J K−1k_B = 1.381\times10^{-23}\ \mathrm{J\,K^{-1}}
Константа на Стефан-Болцманσ=5.670×10−8 W m−2 K−4\sigma = 5.670\times10^{-8}\ \mathrm{W\,m^{-2}\,K^{-4}}
Заряд на електронаe=1.602×10−19 Ce = 1.602\times10^{-19}\ \mathrm{C}
Гравитационна константаG=6.674×10−11 N m2 kg−2G = 6.674\times10^{-11}\ \mathrm{N\,m^2\,kg^{-2}}
Универсална газова константаR=8.315 J mol−1 K−1R = 8.315\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}
Число на АвогадроNA=6.022×1023 mol−1N_A = 6.022\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}
Закон на Вин за отместване на максимума на излъчванеλmT=2.898×10−3 m K\lambda_m T = 2.898\times10^{-3}\ \mathrm{m\,K}
Маса на електронаme=9.109×10−31 kgm_e = 9.109\times10^{-31}\ \mathrm{kg}
Маса на протонаmp=1.673×10−27 kgm_p = 1.673\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
Маса на неутронаmn=1.675×10−27 kgm_n = 1.675\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
Атомна единица за маса (a.m.u.)1.661×10−27 kg1.661\times10^{-27}\ \mathrm{kg}

Астрономически константи

1 парсек (pc)3.086×1016 m3.086\times10^{16}\ \mathrm{m}
1 астрономическа единица (AU)a⊕=1.496×1011 ma_\oplus = 1.496\times10^{11}\ \mathrm{m}
Маса на СлънцетоM⊙=1.989×1030 kgM_\odot = 1.989\times10^{30}\ \mathrm{kg}
Радиус на СлънцетоR⊙=6.955×108 mR_\odot = 6.955\times10^8\ \mathrm{m}
Светимост на СлънцетоL⊙=3.826×1026 WL_\odot = 3.826\times10^{26}\ \mathrm{W}
Видима звездна величина на Слънцето в момент на местно пладнеm⊙=−26.72 magm_\odot = -26.72\ \mathrm{mag}
Слънчева константа (за Земята)1366 W m−21366\ \mathrm{W\,m^{-2}}
Видим ъглов диаметър на Слънцетоθ⊙=30′\theta_\odot = 30\prime
Маса на ЗемятаM⊕=5.972×1024 kgM_\oplus = 5.972\times10^{24}\ \mathrm{kg}
Радиус на ЗемятаR⊕=6.371×106 mR_\oplus = 6.371\times10^6\ \mathrm{m}
Тропична година365.242 solar days=3.156×107 s365.242\ \text{solar days} = 3.156\times10^7\ \mathrm{s}
Маса на ЮпитерMJ=1.898×1027 kgM_J = 1.898\times10^{27}\ \mathrm{kg}
Радиус на орбитата на ЮпитерRJ=5.203 AUR_J = 5.203\ \mathrm{AU}

Условие

В таблицата са дадени геоцентричните ефемериди на Луната за месец Септември 2015г. Данните във всеки ред се отнасят за момента 0:00 UT на съответната дата.

ДатаR.A. (α), h m sDec. (δ), ° ′ ″Ъглов размер (θ), ″Фаза (ϕ)Елонгация На Луната
Септ. 010 36 46.023 6 16.81991.20.927148.6° W
Септ. 021 33 51.347 32 26.11974.00.852134.7° W
Септ. 032 30 45.0311 25 31.11950.70.759121.1° W
Септ. 043 27 28.4814 32 4.31923.90.655107.9° W
Септ. 054 23 52.2816 43 18.21896.30.54695.2° W
Септ. 065 19 37.2517 55 4.41869.80.43882.8° W
Септ. 076 14 19.2318 7 26.61845.50.33670.7° W
Септ. 087 7 35.5817 23 55.61824.30.24359.0° W
Септ. 097 59 11.0415 50 33.01806.50.16347.5° W
Септ. 108 49 0.9313 34 55.61792.00.09736.2° W
Септ. 119 37 11.4210 45 27.71780.60.04725.1° W
Септ. 1210 23 57.777 30 47.71772.20.01514.1° W
Септ. 1311 9 41.863 59 28.81766.50.0013.3° W
Септ. 1411 54 49.800 19 50.21763.70.0057.8° E
Септ. 1512 39 50.01-3 20 3.71763.80.02618.6° E
Септ. 1613 25 11.64-6 52 18.81767.00.06529.5° E
Септ. 1714 11 23.13-10 9 4.41773.80.12040.4° E
Септ. 1814 58 50.47-13 2 24.71784.60.18951.4° E
Септ. 1915 47 54.94-15 24 14.61799.60.27062.5° E
Септ. 2016 38 50.31-17 6 22.81819.10.36373.9° E
Септ. 2117 31 40.04-18 0 52.31843.00.46385.6° E
Септ. 2218 26 15.63-18 0 41.71870.60.56797.6° E
Септ. 2319 22 17.51-17 0 50.61900.90.672110.0° E
Септ. 2420 19 19.45-14 59 38.01931.90.772122.8° E
Септ. 2521 16 55.43-11 59 59.61961.10.861136.2° E
Септ. 2622 14 46.33-8 10 18.31985.50.933150.0° E
Септ. 2723 12 43.63-3 44 28.72002.00.981164.0° E
Септ. 280 10 48.320 58 58.22008.31.000178.3° E
Септ. 291 9 5.895 38 54.32003.60.988167.4° W
Септ. 302 7 39.029 54 16.11988.40.947153.2° W

На изображението по-долу е показано съставно изображение, получено от поредица снимки на Луната, заснети в различни моменти, по време на пълното лунното затъмнение, което се е наблюдавало през месец Септември 2015г. Центърът на всяка една индивидуална снимка е съвпадала с централната линия на земната сянка, ориентирана в посоките север-юг, след което изображенията са били насложени едно върху друго.

В тази задача приемаме, че наблюдателят се намира в центъра на Земята. Под ъглов размер се подразбира ъгълът под който се вижда диаметърът на Луната и диаметърът на земната сянка.

Съставна черно-бяла снимка на Луната по време на лунното затъмнение: седем изображения на лунния диск в редица на черен фон, частично закрити от земната сянка, с надписи на моментите отляво надясно 04:50, 04:00, 03:23, 02:47, 02:15, 01:40, 00:45.

(D2.1) (3 т.)

В момента на апогей, Луната е била най-близо до фаза:

Новолуние / Първа четвърт / Пълнолуние / Последна четвърт.

New Moon / First Quarter / Full Moon / Third Quarter

Отбележете Вашия избор в бланката за отговори (Summary Answersheet). Не е нужно да обосновете Вашия отговор.

(D2.2) (4 т.)

Когато през месец септември 2015г., Луната преминава през възходящия възел (относно еклиптиката) на своята орбита, нейната фаза е била най-близо до:

Новолуние / Първа четвърт / Пълнолуние / Последна четвърт.

New Moon / First Quarter / Full Moon / Third Quarter

Отбележете Вашия избор в бланката за отговори (Summary Answersheet). Не е нужно да обосновете Вашия отговор.

(D2.3) (4 т.)

Оценете ексцентрицитета, ee, на лунната орбита, използвайки данните от таблицата.

(D2.4) (8 т.)

Оценете колко пъти видимия ъглов размер на сянката на Земята (на разстоянието до Луната), θumbra\theta_{\mathrm{umbra}}, е по-голям от видимия ъглов размер на Луната, θMoon\theta_{\mathrm{Moon}}. Извършете Вашите графични построения върху изображенията на Луната и изображението на земната сянка, дадени на втората страница на бланката за отговори (Summary Answersheet).

(D2.5) (9 т.)

Видимият ъглов диаметър на Слънцето, спрямо земен наблюдател, по време на лунното затъмнение е бил θSun=1915.0′′\theta_{\mathrm{Sun}} = 1915.0''. На фигурата по-долу S1R1S_1R_1 и S2R2S_2R_2 са лъчи, които идват от две диаметрално противоположни точки на слънчевия диск. На фигурата не е спазен мащабът.

Пресметнете колко пъти видимия ъглов размер, θpenumbra\theta_{\mathrm{penumbra}}, на полусянката е по-голям от видимия размер на Луната, θMoon\theta_{\mathrm{Moon}}. Приемете, че наблюдателят се намира в центъра на Земята.

Схема (не в мащаб): окръжност Earth, отляво малка окръжност Moon; два лъча S1R1 и S2R2 идват отдясно от точките S1 и S2, пресичат се в точка над Земята и продължават наляво към R1 и R2; ъгълът между тях е означен θSun.

(D2.6) (5 т.)

Нека с θEarth\theta_{\mathrm{Earth}} да означим видимия ъглов размер на Земята за наблюдател, който се намира в центъра на Луната. Намерете каква част от θEarth\theta_{\mathrm{Earth}} е видимият ъглов размер на Луната, θMoon\theta_{\mathrm{Moon}} , гледана от центъра на Земята, по време на затъмнението.

(D2.7) (3 т.)

Оценете радиуса на Луната, RMoonR_{\mathrm{Moon}}, в km\mathrm{km}, използвайки резултата, който получихте по-горе.

(D2.8) (4 т.)

Оценете минималното разстояние, rperigeer_{\mathrm{perigee}}, и максималното разстояние, rapogeer_{\mathrm{apogee}}, до Луната.

(D2.9) (10 т.)

Използвайте подходящите данни от таблицата и намерете разстоянието, dSund_{\mathrm{Sun}}, между Земята и Слънцето на 10-ти Септември.

Решение


Оригинал в Архива: data_analysis_bg.pdf · официални решения: data_analysis_sol.pdf · допълнителни данни: instructions_data_analysis_bg.pdf · допълнителни данни: tableofconstants_bg.pdf · допълнителни данни: data_analysis.pdf · допълнителни данни: Data-analysis-qp.pdf