Kretanje okolo os rotacije je jedan od uobičajenih tipova pokretnih objekata u prirodi. U ovom članku ćemo razmotriti ovu vrstu kretanja sa stajališta dinamike i kinematike. Predstavljamo i formule koje povezuju osnovne fizičke veličine.

O kakvom pokretu je reč?

U doslovnom smislu, govorit ćemo o kretanju tijela u krugu, odnosno o njihovoj rotaciji. Upečatljiv primjer takvo kretanje je rotacija točka automobila ili bicikla tokom kretanja vozilo. Rotacija oko svoje ose od strane umjetničkog klizača koji izvodi složene piruete na ledu. Ili rotacija naše planete oko Sunca i oko sopstvene ose, nagnute prema ravni ekliptike.

Kao što vidite, važan element vrste kretanja koja se razmatra je os rotacije. Svaka tačka tijela proizvoljnog oblika čini kružne pokrete oko sebe. Udaljenost od tačke do ose naziva se radijus rotacije. Mnoge nekretnine u cjelini mehanički sistem, na primjer moment inercije, linearna brzina i drugo.

Ako je razlog linearnog translatornog kretanja tijela u prostoru vanjska sila koja na njih djeluje, onda je razlog kretanja oko ose rotacije vanjski moment sile. Ova veličina je opisana kao vektorski proizvod primijenjene sile F¯ i vektora udaljenosti od tačke njene primjene do r¯ ose, odnosno:

Djelovanje momenta M¯ dovodi do pojave ugaonog ubrzanja α¯ u sistemu. Obje veličine su povezane jedna s drugom kroz određeni koeficijent I sljedećom jednakošću:

Količina I se naziva momentom inercije. Zavisi i od oblika tijela i od raspodjele mase unutar njega i od udaljenosti do ose rotacije. Za materijalnu tačku izračunava se po formuli:

Ako je eksterna jedinica nula, tada sistem zadržava svoj ugaoni moment L¯. Ovo je još jedna vektorska veličina, koja je, prema definiciji, jednaka:

Ovdje je p¯ linearni impuls.

Zakon održanja momenta L¯ se obično piše u sljedećem obliku:

Gdje je ω kutna brzina. O tome će se dalje raspravljati u članku.

Kinematika rotacije

Za razliku od dinamike, ova grana fizike razmatra isključivo praktične važne veličine povezane s promjenama u vremenu u položaju tijela u prostoru. Odnosno, objekti proučavanja kinematike rotacije su brzine, ubrzanja i uglovi rotacije.

Prvo, uvedemo ugaonu brzinu. Pod njim se podrazumijeva ugao kroz koji tijelo rotira u jedinici vremena. Formula za trenutnu ugaonu brzinu je:

Ako tijelo rotira pod jednakim uglovima u jednakim vremenskim intervalima, tada se rotacija naziva ravnomjerna. Za to vrijedi formula za prosječnu ugaonu brzinu:

ω se mjeri u radijanima po sekundi, što u SI sistemu odgovara recipročnim sekundama (s -1).

U slučaju neravnomjerne rotacije koristi se koncept kutnog ubrzanja α. On određuje brzinu promjene vrijednosti ω u vremenu, odnosno:

α = dω/dt = d 2 θ/dt 2

α se mjeri u radijanima po kvadratnoj sekundi (u SI - s -2).

Ako se tijelo u početku jednoliko okretalo brzinom ω 0, a zatim počelo povećavati svoju brzinu konstantnim ubrzanjem α, tada se takvo kretanje može opisati sljedećom formulom:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Ova jednakost se dobija integracijom jednadžbi ugaone brzine tokom vremena. Formula za θ vam omogućava da izračunate broj okretaja koji će sistem napraviti oko ose rotacije u vremenu t.

Linearne i ugaone brzine

Obje brzine su međusobno povezane. Kada govore o brzini rotacije oko ose, mogu misliti i na linearne i na ugaone karakteristike.

Pretpostavimo da određena materijalna tačka rotira oko ose na udaljenosti r brzinom ω. Tada će njegova linearna brzina v biti jednaka:

Razlika između linearne i ugaone brzine je značajna. Dakle, s ravnomjernom rotacijom, ω ne ovisi o udaljenosti do ose, ali vrijednost v raste linearno sa povećanjem r. Poslednja činjenica objašnjava zašto, kako se radijus rotacije povećava, teže je zadržati tijelo na kružnoj putanji (njegova linearna brzina i, kao posljedica toga, inercijske sile rastu).

Zadatak izračunavanja brzine rotacije oko Zemljine ose

Svi znaju da je naša planeta unutra Solarni sistem izvodi dvije vrste rotacijskih kretanja:

• oko svoje ose;
• oko zvezde.

Izračunajmo brzine ω i v za prvu od njih.

Ugaonu brzinu nije teško odrediti. Da biste to učinili, zapamtite da planeta završi punu revoluciju jednaku 2*pi radijana za 24 sata (tačna vrijednost je 23 sata 56 minuta 4,1 sekunde). Tada će vrijednost ω biti jednaka:

ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 rad/s

Izračunata vrijednost je mala. Pokažimo sada koliko se apsolutna vrijednost ω razlikuje od one v.

Izračunajmo linearnu brzinu v za tačke koje leže na površini planete na geografskoj širini ekvatora. Budući da je Zemlja spljoštena lopta, ekvatorijalni radijus je nešto veći od polarnog. To je 6378 km. Koristeći formulu za povezivanje dvije brzine, dobijamo:

v = ω*r = 7,27*10 -5 *6378000 ≈ 464 m/s

Rezultirajuća brzina je 1670 km/h, što je veće od brzine zvuka u zraku (1235 km/h).

Rotacija Zemlje oko svoje ose dovodi do pojave takozvane Coriolisove sile, koju treba uzeti u obzir prilikom letenja. balističkih projektila. To je i uzrok mnogih atmosferske pojave, na primjer, odstupanja u smjeru pasata prema zapadu.

Zemlja je stalno u pokretu, rotirajući oko Sunca i oko svoje ose. Ovo kretanje i konstantan nagib Zemljine ose (23,5°) određuju mnoge efekte koje uočavamo kao normalne pojave: noć i dan (zbog rotacije Zemlje oko svoje ose), promjenu godišnjih doba (zbog nagib Zemljine ose) i različitu klimu u različitim područjima. Globusi se mogu rotirati i njihova osa je nagnuta poput Zemljine ose (23,5°), tako da uz pomoć globusa možete prilično precizno pratiti kretanje Zemlje oko svoje ose, a uz pomoć sistema Zemlja-Sunce možete može pratiti kretanje Zemlje oko Sunca.

Rotacija Zemlje oko svoje ose

Zemlja rotira oko svoje ose od zapada prema istoku (u suprotnom smeru od kazaljke na satu kada se gleda sa severnog pola). Zemlji je potrebno 23 sata, 56 minuta i 4,09 sekundi da izvrši jednu punu rotaciju oko svoje ose. Dan i noć uzrokovani su rotacijom Zemlje. Ugaona brzina Zemljine rotacije oko svoje ose, odnosno ugao kroz koji rotira bilo koja tačka na Zemljinoj površini, je isti. Za sat vremena je 15 stepeni. Ali linearna brzina rotacije bilo gdje na ekvatoru je otprilike 1.669 kilometara na sat (464 m/s), opadajući na nulu na polovima. Na primjer, brzina rotacije na geografskoj širini 30° je 1445 km/h (400 m/s).
Rotaciju Zemlje ne primjećujemo iz jednostavnog razloga što se paralelno i istovremeno s nama svi objekti oko nas kreću istom brzinom i nema "relativnih" kretanja objekata oko nas. Ako se, na primjer, brod kreće ravnomjerno, bez ubrzanja i kočenja, kroz more po mirnom vremenu bez valova na površini vode, nećemo uopće osjetiti kako se takav brod kreće ako smo u kabini bez oblačić, budući da će se svi objekti unutar kabine kretati paralelno sa nama i brodom.

Kretanje Zemlje oko Sunca

Dok Zemlja rotira oko svoje ose, ona takođe rotira oko Sunca od zapada ka istoku suprotno od kazaljke na satu kada se posmatra sa severnog pola. Zemlji je potrebna jedna zvezdana godina (oko 365,2564 dana) da izvrši punu revoluciju oko Sunca. Putanja Zemlje oko Sunca naziva se Zemljina orbita a ova orbita nije savršeno okrugla. Prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca je približno 150 miliona kilometara, a ova udaljenost varira do 5 miliona kilometara, formirajući malu ovalnu orbitu (elipsu). Tačka Zemljine orbite najbliža Suncu naziva se perihel. Zemlja prolazi ovu tačku početkom januara. Tačka Zemljine orbite koja je najudaljenija od Sunca naziva se Afel. Zemlja prolazi ovu tačku početkom jula.
Budući da se naša Zemlja kreće oko Sunca eliptičnom putanjom, brzina duž orbite se mijenja. U julu je brzina minimalna (29,27 km/sek) i nakon prolaska afela (gornja crvena tačka u animaciji) počinje da ubrzava, au januaru je maksimalna (30,27 km/sek) i počinje da usporava nakon prolaska perihel (donja crvena tačka).
Dok Zemlja napravi jednu revoluciju oko Sunca, ona pređe udaljenost jednaku 942 miliona kilometara za 365 dana, 6 sati, 9 minuta i 9,5 sekundi, odnosno jurimo zajedno sa Zemljom oko Sunca prosječnom brzinom od 30 km u sekundi (ili 107.460 km na sat), a istovremeno se Zemlja okreće oko svoje ose jednom u 24 sata (365 puta godišnje).
Zapravo, ako savjesnije razmotrimo kretanje Zemlje, ono je mnogo složenije, jer na Zemlju utiču različiti faktori: rotacija Mjeseca oko Zemlje, privlačenje drugih planeta i zvijezda.

Naša planeta je stalno u pokretu:

• rotacija oko sopstvene ose, kretanje oko Sunca;
• rotacija sa Suncem oko centra naše galaksije;
• kretanje u odnosu na centar Lokalne grupe galaksija i dr.

Kretanje Zemlje oko sopstvene ose

Rotacija Zemlje oko svoje ose(Sl. 1). Zemljina os je uzeta kao zamišljena linija oko koje se rotira. Ova os je odstupljena za 23°27" od okomice na ravan ekliptike. Zemljina os se sece sa Zemljinom površinom u dve tačke - pol - severni i južni. Kada se posmatra sa severnog pola, Zemljina rotacija se dešava suprotno od kazaljke na satu, ili , kako se uobičajeno vjeruje, sa zapada prema istoku.Planeta završi punu rotaciju oko svoje ose za jedan dan.

Rice. 1. Rotacija Zemlje oko svoje ose

Dan je jedinica vremena. Postoje zvezdani i solarni dani.

Sideralni dan- ovo je vremenski period tokom kojeg će se Zemlja okretati oko svoje ose u odnosu na zvijezde. One su jednake 23 sata 56 minuta i 4 sekunde.

Sunčan dan- ovo je vremenski period tokom kojeg se Zemlja okreće oko svoje ose u odnosu na Sunce.

Ugao rotacije naše planete oko svoje ose je isti na svim geografskim širinama. Za jedan sat, svaka tačka na Zemljinoj površini se pomeri za 15° od svog prvobitnog položaja. Ali u isto vrijeme brzina kretanja je u suprotnom smjeru proporcionalna zavisnost na geografskoj širini: na ekvatoru iznosi 464 m/s, a na geografskoj širini od 65° samo 195 m/s.

Rotaciju Zemlje oko svoje ose 1851. godine dokazao je J. Foucault u svom eksperimentu. U Parizu, u Panteonu, ispod kupole je okačeno klatno, a ispod njega krug sa pregradama. Svakim narednim pokretom klatno je završavalo na novim podjelima. To se može dogoditi samo ako se površina Zemlje ispod klatna rotira. Položaj ravni zamaha klatna na ekvatoru se ne mijenja, jer se ravan poklapa sa meridijanom. Aksijalna rotacija Zemlje ima važne geografske posljedice.

Kada se Zemlja rotira, nastaje centrifugalna sila, koja igra važnu ulogu u oblikovanju oblika planete i smanjuje silu gravitacije.

Još jedna od najvažnijih posljedica aksijalne rotacije je formiranje rotacijske sile - Coriolisove sile. U 19. vijeku prvi ga je izračunao francuski naučnik iz oblasti mehanike G. Coriolis (1792-1843). Ovo je jedna od inercijskih sila uvedena da se uzme u obzir uticaj rotacije pokretnog referentnog okvira na relativno kretanje materijalne tačke. Njegov efekat se može ukratko izraziti na sledeći način: svako pokretno telo na severnoj hemisferi se skreće udesno, a na južnoj hemisferi - ulevo. Na ekvatoru, Coriolisova sila je nula (slika 3).

Rice. 3. Djelovanje Coriolisove sile

Djelovanje Coriolisove sile proteže se na mnoge fenomene geografskog omotača. Njegov efekat skretanja posebno je vidljiv u smjeru vožnje vazdušne mase. Pod uticajem sile skretanja Zemljine rotacije, vjetrovi umjerenih širina obje hemisfere poprimaju pretežno zapadni smjer, au tropskim geografskim širinama - istočni. Slična manifestacija Coriolisove sile nalazi se u smjeru kretanja oceanskih voda. Asimetrija je takođe povezana sa ovom silom riječne doline(desna obala je obično visoka na sjevernoj hemisferi, a lijeva obala na južnoj hemisferi).

Rotacija Zemlje oko svoje ose takođe dovodi do kretanja sunčeve svetlosti zemljine površine od istoka prema zapadu, odnosno do promjene dana i noći.

Smjena dana i noći stvara dnevni ritam u životu i nežive prirode. Cirkadijalni ritam je usko povezan sa svetlosnim i temperaturnim uslovima. Poznate su dnevne varijacije temperature, dnevni i noćni povjetarac itd. Cirkadijalni ritmovi se javljaju iu živoj prirodi - fotosinteza je moguća samo tokom dana, većina biljaka otvara cvjetove u različito vrijeme; Neke životinje su aktivne danju, druge noću. Ljudski život takođe teče u cirkadijanskom ritmu.

Još jedna posljedica Zemljine rotacije oko svoje ose je vremenska razlika u različitim tačkama na našoj planeti.

Od 1884. godine usvojeno je zonsko vrijeme, odnosno cijela površina Zemlje podijeljena je na 24 vremenske zone od po 15°. Iza standardno vrijeme prihvatiti lokalno vrijeme srednji meridijan svakog pojasa. Vrijeme u susjednim vremenskim zonama se razlikuje za jedan sat. Granice pojaseva su nacrtane uzimajući u obzir političke, administrativne i ekonomske granice.

Nultim pojasom se smatra Greenwich pojas (nazvan po Greenwich opservatoriju u blizini Londona), koji se proteže s obje strane početnog meridijana. Razmatra se vrijeme početnog meridijana Univerzalno vrijeme.

Meridian 180° se uzima kao međunarodni datumska linija— uslovna linija na površini globus, na čijem se obje strane sati i minute poklapaju, i kalendarski datumi razlikuju se za jedan dan.

Radi racionalnijeg korišćenja dnevne svetlosti ljeti, 1930. godine uvodi naša zemlja porodiljsko vrijeme, jedan sat ispred vremenske zone. Da bi se to postiglo, kazaljke na satu su pomjerene za jedan sat unaprijed. S tim u vezi, Moskva, budući da je u drugoj vremenskoj zoni, živi prema vremenu treće vremenske zone.

Od 1981. godine, od aprila do oktobra, vrijeme se pomjera za jedan sat unaprijed. Ovo je tzv ljetno vrijeme. Uvodi se radi uštede energije. Ljeti je Moskva dva sata ispred standardnog vremena.

Vrijeme vremenske zone u kojoj se Moskva nalazi je Moskva.

Kretanje Zemlje oko Sunca

Rotirajući oko svoje ose, Zemlja se istovremeno kreće oko Sunca, obilazeći krug za 365 dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Ovaj period se zove astronomska godina. Radi praktičnosti, vjeruje se da u godini ima 365 dana, a svake četiri godine, kada se 24 sata od šest sati „akumuliraju“, nema 365, već 366 dana u godini. Ova godina se zove prijestupna godina i jedan dan se dodaje februaru.

Put u svemiru kojim se Zemlja kreće oko Sunca naziva se orbita(Sl. 4). Zemljina orbita je eliptična, tako da udaljenost od Zemlje do Sunca nije konstantna. Kada je Zemlja unutra perihel(iz grčkog peri- blizu, blizu i helios- Sunce) - tačka orbite najbliža Suncu - 3. januara, udaljenost je 147 miliona km. U ovo vrijeme na sjevernoj hemisferi je zima. Najveća udaljenost od Sunca u afelija(iz grčkog aro- daleko od i helios- Sunce) - najveća udaljenost od Sunca - 5. jul. To je jednako 152 miliona km. U ovo vrijeme na sjevernoj hemisferi je ljeto.

Rice. 4. Kretanje Zemlje oko Sunca

Godišnje kretanje Zemlje oko Sunca posmatra se kontinuiranom promjenom položaja Sunca na nebu – podnevnom nadmorskom visinom Sunca i promjenama položaja njegovog izlaska i zalaska, trajanjem svijetlih i tamnih dijelova dan se menja.

Prilikom kretanja u orbiti, smjer Zemljine ose se ne mijenja, uvijek je usmjeren prema Sjevernjači.

Kao rezultat promjena udaljenosti od Zemlje do Sunca, kao i zbog nagiba Zemljine ose prema ravni njenog kretanja oko Sunca, na Zemlji se uočava neravnomjerna raspodjela sunčevog zračenja tokom cijele godine. Tako dolazi do promjene godišnjih doba, što je karakteristično za sve planete čija je osa rotacije nagnuta prema ravni orbite. (ekliptika) različito od 90°. Orbitalna brzina planete na sjevernoj hemisferi je veća u zimsko vrijeme a ljeti manje. Dakle, zimsko polugodište traje 179 dana, a ljetno - 186 dana.

Kao rezultat kretanja Zemlje oko Sunca i nagiba Zemljine ose prema ravni orbite za 66,5°, naša planeta doživljava ne samo promjenu godišnjih doba, već i promjenu dužine dana i noći.

Rotacija Zemlje oko Sunca i promjena godišnjih doba na Zemlji prikazani su na Sl. 81 (ekvinocij i solsticij u skladu sa godišnjim dobima na sjevernoj hemisferi).

Samo dva puta godišnje - u dane ekvinocija, dužina dana i noći na cijeloj Zemlji je gotovo ista.

Ekvinocija- trenutak u kojem centar Sunca, tokom njegovog prividnog godišnjeg kretanja duž ekliptike, prelazi nebeski ekvator. Postoje prolećne i jesenje ravnodnevice.

Nagib Zemljine ose rotacije oko Sunca u danima ekvinocija 20-21. marta i 22-23. septembra pokazuje se neutralnim u odnosu na Sunce, a delovi planete okrenuti prema njemu ravnomerno su osvetljeni od pola do stub (sl. 5). Sunčevi zraci padaju okomito na ekvator.

Najduži dan i najkraća noć se javljaju u danu ljetni solsticij.

Rice. 5. Osvetljenje Zemlje Suncem u dane ekvinocija

Solsticij- trenutak kada centar Sunca prođe tačke ekliptike najudaljenije od ekvatora (tačke solsticija). Postoje ljetni i zimski solsticij.

Na dan ljetnog solsticija, 21.-22. juna, Zemlja zauzima položaj u kojem je sjeverni kraj njene ose nagnut prema Suncu. A zraci padaju okomito ne na ekvator, već na sjeverni tropski pojas, čija je geografska širina 23°27". Ne samo da su polarna područja osvijetljena 24 sata, već i prostor iza njih do geografske širine od 66°. 33" (Arktički krug). Na južnoj hemisferi u ovom trenutku je osvijetljen samo onaj njen dio koji leži između ekvatora i južnog arktičkog kruga (66°33"). Iznad njega, zemaljska površina ovog dana nije osvijetljena.

Za jedan dan zimski solsticij Od 21. do 22. decembra sve se dešava obrnuto (sl. 6). Sunčeve zrake već padaju okomito na južne tropske krajeve. Područja koja su osvijetljena na južnoj hemisferi nisu samo između ekvatora i tropa, već i oko Južnog pola. Ovakva situacija se nastavlja do proljećne ravnodnevice.

Rice. 6. Osvetljenje Zemlje u vreme zimskog solsticija

Na dve paralele Zemlje u dane solsticija, Sunce u podne je direktno iznad glave posmatrača, odnosno u zenitu. Takve paralele se nazivaju tropima. U sjevernom tropiku (23° S) Sunce je u zenitu 22. juna, u južnom tropu (23° S) - 22. decembra.

Na ekvatoru je dan uvijek jednak noći. Upadni ugao sunčevih zraka na zemljinu površinu i dužina dana tamo se malo mijenjaju, pa smjena godišnjih doba nije izražena.

Arktički krugovi izvanredne po tome što su granice područja u kojima postoje polarni dani i noći.

Polarni dan- period kada Sunce ne pada ispod horizonta. Što je pol udaljeniji od arktičkog kruga, polarni dan je duži. Na geografskoj širini arktičkog kruga (66,5°) traje samo jedan dan, a na polu - 189 dana. Na sjevernoj hemisferi, na geografskoj širini arktičkog kruga, polarni dan se obilježava 22. juna, na dan ljetnog solsticija, a na južnoj hemisferi, na geografskoj širini južnog arktičkog kruga, 22. decembra.

polarna noć traje od jednog dana na geografskoj širini arktičkog kruga do 176 dana na polovima. Tokom polarne noći, Sunce se ne pojavljuje iznad horizonta. Na sjevernoj hemisferi na geografskoj širini arktičkog kruga, ovaj fenomen se opaža 22. decembra.

Nemoguće je ovo ne primijetiti čudesni fenomen priroda, kao bele noći. Bijele noći- ovo su vedre noći na početku ljeta, kada se večernja zora spaja s jutarnjom, a sumrak traje cijelu noć. Oni se primećuju na obe hemisfere na geografskim širinama većim od 60°, kada centar Sunca u ponoć padne ispod horizonta za najviše 7°. U Sankt Peterburgu (oko 60° N) bijele noći traju od 11. juna do 2. jula, u Arhangelsku (64° N) - od 13. maja do 30. jula.

Sezonski ritam u vezi sa godišnjim kretanjem prvenstveno utiče na osvetljenost zemljine površine. U zavisnosti od promene visine Sunca iznad horizonta na Zemlji, postoji pet zonama osvetljenja. Hot belt leži između sjevernog i južnog tropa (trop Raka i Tropik Jarca), zauzima 40% zemljine površine i razlikuje se najveći broj toplote koja dolazi od Sunca. Između tropa i Arktički krugovi na južnoj i sjevernoj hemisferi su umjerenim zonama osvjetljenje Godišnja doba su već ovdje izražene: što je dalje od tropskih krajeva, ljeto je kraće i svježije, duže i hladnija zima. Polarne zone na sjevernoj i južnoj hemisferi ograničene su arktičkim krugovima. Ovdje je visina Sunca iznad horizonta niska tokom cijele godine, pa je količina sunčeve topline minimalna. Polarne zone karakterišu polarni dani i noći.

Od godišnjeg kretanja Zemlje oko Sunca ne zavisi samo promena godišnjih doba i s tim povezana neravnomernost osvetljenja zemljine površine po geografskim širinama, već i značajan deo procesa u geografska omotnica: sezonske promjene vremena, režim rijeka i jezera, ritam života biljaka i životinja, vrste i vrijeme poljoprivrednih radova.

Kalendar.Kalendar- sistem za računanje dugih vremenskih perioda. Ovaj sistem se zasniva na periodičnim prirodnim fenomenima povezanim sa kretanjem nebeskih tela. Kalendar koristi astronomske fenomene - smjenu godišnjih doba, smjenu dana i noći lunarne faze. Prvi kalendar je bio egipatski, nastao u 4. veku. BC e. Julije Cezar je 1. januara 45. uveo julijanski kalendar, koji još uvijek koriste ruski Pravoslavna crkva. Zbog činjenice da je dužina julijanske godine za 11 minuta i 14 sekundi duža od astronomske, do 16. veka. nakupila se "greška" od 10 dana - dan prolećne ravnodnevice nije nastupio 21. marta, već 11. marta. Ova greška je ispravljena 1582. dekretom pape Grgura XIII. Brojanje dana je pomjereno za 10 dana unaprijed, a dan nakon 4. oktobra propisano je da se smatra petak, ali ne 5. oktobar, već 15. oktobar. Prolećna ravnodnevica je ponovo vraćena na 21. mart, a kalendar je počeo da se zove gregorijanski kalendar. U Rusiji je uveden 1918. Međutim, ima i niz nedostataka: nejednaku dužinu mjeseci (28, 29, 30, 31 dan), nejednakost kvartala (90, 91, 92 dana), nedosljednost brojeva mjeseci po danu u sedmici.

V = (R e R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\desno)\omega ), Gdje R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - ekvatorijalni radijus, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - polarni radijus.

• Avion koji leti ovom brzinom od istoka ka zapadu (na visini od 12 km: 936 km/h na geografskoj širini Moskve, 837 km/h na geografskoj širini Sankt Peterburga) mirovaće u inercijskom referentnom sistemu.
• Superpozicija rotacije Zemlje oko svoje ose sa periodom od jednog sideralnog dana i oko Sunca sa periodom od jedne godine dovodi do nejednakosti solarnog i sideralnog dana: dužina prosečnog sunčevog dana je tačno 24 sata, što je 3 minuta i 56 sekundi duže od zvezdanog dana.

Fizičko značenje i eksperimentalna potvrda

Fizičko značenje Zemljine rotacije oko svoje ose

Budući da je svako kretanje relativno, potrebno je naznačiti određeni referentni sistem u odnosu na koji se proučava kretanje određenog tijela. Kada kažu da se Zemlja rotira oko imaginarne ose, misli se da ona vrši rotaciono kretanje u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir, a period ove rotacije jednak je sideralnom danu - periodu potpune revolucije Zemlje ( nebeska sfera) u odnosu na nebesku sferu (Zemlju).

Svi eksperimentalni dokazi o rotaciji Zemlje oko svoje ose svode se na dokaz da je referentni sistem povezan sa Zemljom neinercijalni referentni sistem posebnog tipa – referentni sistem koji vrši rotaciono kretanje u odnosu na inercijalne referentne sisteme.

Za razliku od inercijalnog kretanja (tj. ravnomjernog pravolinijskog kretanja u odnosu na inercijalne referentne okvire), za otkrivanje neinercijalnog kretanja zatvorene laboratorije nije potrebno vršiti zapažanja vanjskih tijela - takvo kretanje se detektira pomoću lokalnih eksperimenata (tj. eksperimenti izvedeni u ovom laboratoriju). U tom smislu riječi, neinercijalno kretanje, uključujući i rotaciju Zemlje oko svoje ose, može se nazvati apsolutnim.

Inercijske sile

Efekti centrifugalne sile

Ovisnost ubrzanja slobodnog pada o geografskoj širini. Eksperimenti pokazuju da ubrzanje slobodnog pada zavisi od geografske širine: što je bliže polu, to je veće. To se objašnjava djelovanjem centrifugalne sile. Prvo, tačke na zemljinoj površini koje se nalaze na višim geografskim širinama su bliže osi rotacije i, stoga, kada se približavaju polu, udaljenost r (\displaystyle r) opada od ose rotacije, dostižući nulu na polu. Drugo, s povećanjem geografske širine, kut između vektora centrifugalne sile i ravnine horizonta opada, što dovodi do smanjenja vertikalne komponente centrifugalne sile.

Ovaj fenomen je otkriven 1672. godine, kada je francuski astronom Jean Richet, dok je bio na ekspediciji u Africi, otkrio da sat klatna na ekvatoru teče sporije nego u Parizu. Njutn je to ubrzo objasnio rekavši da je period oscilovanja klatna obrnuto proporcionalan kvadratnom korenu ubrzanja usled gravitacije, koje se na ekvatoru smanjuje usled delovanja centrifugalne sile.

Oblatnost Zemlje. Utjecaj centrifugalne sile dovodi do spljoštenosti Zemlje na polovima. Ovu pojavu, koju su predvidjeli Hajgens i Njutn krajem 17. veka, prvi je otkrio Pierre de Maupertuis kasnih 1730-ih kao rezultat obrade podataka dve francuske ekspedicije posebno opremljene za rešavanje ovog problema u Peruu (predvođenih Pjerom Bougerom). i Charles de la Condamine) i Laponija (pod vodstvom Alexisa Clairauta i samog Maupertuisa).

Efekti Coriolisove sile: laboratorijski eksperimenti

Ovaj efekat bi trebalo najjasnije da bude izražen na polovima, gde je period potpune rotacije ravni klatna jednak periodu rotacije Zemlje oko svoje ose (sideralni dan). Općenito, period je obrnuto proporcionalan sinusu geografske širine; na ekvatoru je ravnina oscilacije klatna nepromijenjena.

Žiroskop- rotirajuće tijelo sa značajnim momentom inercije zadržava svoj ugaoni moment ako nema jakih poremećaja. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja šta se dešava sa Foucaultovim klatnom koji nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop je zadržao svoju orijentaciju, što znači da se polako okretao u odnosu na posmatrača.

Skretanje projektila tokom gađanja. Još jedna vidljiva manifestacija Coriolisove sile je skretanje putanja projektila (udesno na sjevernoj hemisferi, ulijevo na južnoj hemisferi) ispaljenih u horizontalnom smjeru. Sa stanovišta inercijalnog referentnog sistema, za projektile ispaljene duž meridijana, to je zbog zavisnosti linearne brzine rotacije Zemlje od geografske širine: kada se kreće od ekvatora do pola, projektil zadržava horizontalna komponenta brzine je nepromijenjena, dok se linearna brzina rotacije tačaka na zemljinoj površini smanjuje, što dovodi do pomjeranja projektila sa meridijana u smjeru Zemljine rotacije. Ako je hitac ispaljen paralelno s ekvatorom, onda je pomak projektila iz paralele posljedica činjenice da trajektorija projektila leži u istoj ravni sa centrom Zemlje, dok se tačke na zemljinoj površini kreću u ravni okomitoj na Zemljinu os rotacije. Ovaj efekat (za slučaj pucanja duž meridijana) je predvidio Grimaldi 40-ih godina 17. veka. a prvi put je objavio Riccioli 1651.

Odstupanje tijela koja slobodno padaju od vertikale. ( ) Ako brzina kretanja tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena na istok, što dovodi do odgovarajućeg odstupanja putanje tijela koje slobodno pada (bez početna brzina) sa visokog tornja. Kada se posmatra u inercijskom referentnom okviru, efekat se objašnjava činjenicom da se vrh tornja u odnosu na središte Zemlje kreće brže od osnove, zbog čega se putanja tijela ispostavlja kao uska parabola i tijelo je malo ispred osnove tornja.

Eötvösov efekat. Na niskim geografskim širinama, Coriolisova sila je, kada se kreće duž zemljine površine, usmjerena u vertikalnom smjeru i njeno djelovanje dovodi do povećanja ili smanjenja ubrzanja gravitacije, ovisno o tome da li se tijelo kreće na zapad ili istok. Ovaj efekat se naziva Eötvösov efekat u čast mađarskog fizičara Loránda Eötvösa, koji ga je eksperimentalno otkrio početkom 20. stoljeća.

Eksperimenti koristeći zakon održanja ugaonog momenta. Neki eksperimenti se zasnivaju na zakonu održanja ugaonog momenta: u inercijskom referentnom okviru, veličina ugaonog momenta (jednaka proizvodu momenta inercije i ugaone brzine rotacije) se ne menja pod uticajem unutrašnjih sila. . Ako u nekom početnom trenutku instalacija miruje u odnosu na Zemlju, tada je brzina njene rotacije u odnosu na inercijski referentni sistem jednaka ugaonoj brzini rotacije Zemlje. Ako promijenite moment inercije sistema, tada bi se trebala promijeniti kutna brzina njegove rotacije, odnosno početi rotacija u odnosu na Zemlju. U neinercijskom referentnom okviru povezanom sa Zemljom, rotacija se javlja kao rezultat Coriolisove sile. Ovu ideju je predložio francuski naučnik Louis Poinsot 1851. godine.

Prvi takav eksperiment izveo je Hagen 1910. godine: dva utega na glatku prečku postavljena su nepomično u odnosu na površinu Zemlje. Tada je razmak između tereta smanjen. Kao rezultat toga, instalacija se počela okretati. Još pokazniji eksperiment izveo je njemački naučnik Hans Bucka 1949. godine. Štap dugačak oko 1,5 metara postavljen je okomito na pravougaoni okvir. U početku je štap bio horizontalan, instalacija je bila nepomična u odnosu na Zemlju. Zatim je štap doveden u vertikalni položaj, što je dovelo do promjene momenta inercije instalacije za približno 10 4 puta i do njene brze rotacije sa ugaonom brzinom 10 4 puta većom od brzine rotacije Zemlje.

Lijevak u kadi.

Budući da je Coriolisova sila vrlo slaba, ona ima zanemariv utjecaj na smjer vrtloga vode pri ispuštanju lavaboa ili kade, tako da općenito smjer rotacije u lijevu nije povezan sa rotacijom Zemlje. Samo u pažljivo kontrolisanim eksperimentima može se odvojiti efekat Coriolisove sile od drugih faktora: na severnoj hemisferi levak će se okretati suprotno od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi - obrnuto.

Efekti Coriolisove sile: pojave u okolnoj prirodi

Optički eksperimenti

Brojni eksperimenti koji demonstriraju rotaciju Zemlje temelje se na Sagnacovom efektu: ako prstenasti interferometar izvodi rotacijsko kretanje, tada se zbog relativističkih efekata javlja fazna razlika u protupropagirajućim snopovima.

Δ φ = 8 π A λ c ω , (\displaystyle \Delta \varphi =(\frac (8\pi A)(\lambda c))\omega ,)

Gdje A (\displaystyle A)- područje projekcije prstena na ekvatorijalnu ravan (ravninu okomitu na os rotacije), c (\displaystyle c)- brzina svetlosti, ω (\displaystyle \omega )- ugaona brzina rotacije. Da bi demonstrirao rotaciju Zemlje, ovaj efekat je koristio američki fizičar Michelson u nizu eksperimenata izvedenih 1923-1925. U modernim eksperimentima koji koriste Sagnac efekat, rotacija Zemlje se mora uzeti u obzir da bi se kalibrirali prstenasti interferometri.

Postoji niz drugih eksperimentalnih demonstracija dnevna rotacija Zemlja.

Neravnomjerna rotacija

Precesija i nutacija

Istorija ideje dnevne rotacije Zemlje

Antika

Objašnjenje dnevne rotacije neba rotacijom Zemlje oko svoje ose prvi su predložili predstavnici pitagorejske škole, Sirakužani Hicetus i Ecphantus. Prema nekim rekonstrukcijama, rotaciju Zemlje je potvrdio i pitagorejac Filolaj iz Krotona (5. vek pne.). Izjava koja se može protumačiti kao indikacija rotacije Zemlje sadržana je u Platonovom dijalogu Timeeus .

Međutim, o Hiceti i Ecphantesu se gotovo ništa ne zna, pa se čak i samo njihovo postojanje ponekad dovodi u pitanje. Prema mišljenju većine naučnika, Zemlja u Filolausovom svjetskom sistemu nije izvršila rotacijsko, već translacijsko kretanje oko Centralne vatre. U svojim drugim djelima, Platon slijedi tradicionalni stav da je Zemlja nepokretna. Međutim, do nas su stigli brojni dokazi da je ideju o rotaciji Zemlje branio filozof Heraklid iz Ponta (IV vijek prije nove ere). Vjerovatno je još jedna Heraklidova pretpostavka povezana s hipotezom o Zemljinoj rotaciji oko svoje ose: svaka zvijezda predstavlja svijet, uključujući zemlju, zrak, etar, a sve se to nalazi u beskonačnom prostoru. Zaista, ako je dnevna rotacija neba odraz rotacije Zemlje, onda nestaje preduvjet da se zvijezde smatraju na istoj sferi.

Otprilike vek kasnije, pretpostavka o rotaciji Zemlje postala je deo prve, koju je predložio veliki astronom Aristarh sa Samosa (3. vek pre nove ere). Aristarha su podržavali vavilonski Seleuk (2. vek pre nove ere), kao i Heraklidi sa Ponta, koji su smatrali da je Univerzum beskonačan. Činjenica da je ideja o dnevnoj rotaciji Zemlje imala svoje pristalice još u 1. veku nove ere. e., o čemu svjedoče neke izjave filozofa Seneke, Dercillidasa i astronoma Klaudija Ptolomeja. Ogromna većina astronoma i filozofa, međutim, nije sumnjala u nepokretnost Zemlje.

Argumenti protiv ideje o kretanju Zemlje nalaze se u djelima Aristotela i Ptolomeja. Dakle, u svojoj raspravi O nebu Aristotel opravdava nepokretnost Zemlje činjenicom da na Zemlji koja rotira, tijela bačena okomito prema gore ne bi mogla pasti do tačke od koje je počelo njihovo kretanje: površina Zemlje bi se pomjerila ispod bačenog tijela. Još jedan argument u prilog nepokretnosti Zemlje, koji je dao Aristotel, temelji se na njegovoj fizičkoj teoriji: Zemlja je teško tijelo, a teška tijela teže da se kreću prema centru svijeta, a ne da se rotiraju oko njega.

Iz Ptolomejevog djela slijedi da su pristalice hipoteze o rotaciji Zemlje odgovorile na ove argumente da se i zrak i svi zemaljski objekti kreću zajedno sa Zemljom. Očigledno je uloga zraka u ovom argumentu fundamentalno važna, jer se podrazumijeva da je njegovo kretanje zajedno sa Zemljom ono što krije rotaciju naše planete. Ptolomej prigovara tome:

tela u vazduhu će uvek izgledati kao da zaostaju... A kada bi se tela rotirala sa vazduhom kao jedna celina, onda nijedno od njih ne bi izgledalo ni ispred ni iza drugog, već bi ostalo na mestu, u letu i bacanju ne bi pravio devijacije ili pokrete ka drugom mestu, poput onih koje lično vidimo da se dešavaju, i uopšte ne bi usporavali ili ubrzavali, jer Zemlja nije nepokretna.

Srednje godine

Indija

Prvi srednjovjekovni autor koji je sugerirao da se Zemlja rotira oko svoje ose bio je veliki indijski astronom i matematičar Aryabhata (kraj 5. - početak 6. stoljeća). On to formuliše na nekoliko mesta u svojoj raspravi Aryabhatiya, Na primjer:

Kao što čovjek na brodu koji se kreće naprijed vidi nepokretne objekte koji se kreću unazad, tako i posmatrač... vidi nepokretne zvijezde koje se kreću pravolinijski prema zapadu.

Nije poznato da li ova ideja pripada samom Aryabhati ili ju je pozajmio od starogrčkih astronoma.

Aryabhatu je podržavao samo jedan astronom, Prthudaka (9. vek). Većina indijskih naučnika branila je nepokretnost Zemlje. Tako je astronom Varahamihira (6. vek) tvrdio da na Zemlji koja se rotira, ptice koje lete u vazduhu ne mogu da se vrate u svoja gnezda, a kamenje i drveće će leteti sa površine Zemlje. Izvanredni astronom Brahmagupta (VI vek) je takođe ponovio stari argument da telo pada iz visoka planina, ali bi mogao potonuti do svoje baze. Istovremeno, on je, međutim, odbacio jedan od Varahamihirinih argumenata: po njegovom mišljenju, čak i kada bi se Zemlja rotirala, objekti se zbog svoje gravitacije ne bi mogli odvojiti od nje.

Islamski Istok

Mogućnost rotacije Zemlje razmatrali su mnogi naučnici muslimanskog istoka. Tako je poznati geometar al-Sijizi izmislio astrolab, čiji se princip rada zasniva na ovoj pretpostavci. Neki islamski učenjaci (čija imena nisu stigla do nas) čak su pronašli ispravan način da opovrgnu glavni argument protiv rotacije Zemlje: vertikalnost putanja padajućih tijela. U suštini, predložen je princip superpozicije kretanja, prema kojem se svako kretanje može razložiti na dvije ili više komponenti: u odnosu na površinu rotirajuće Zemlje, tijelo koje pada kreće se duž plumb line, ali tačka koja je projekcija ove linije na površinu Zemlje bi se prenijela njenom rotacijom. O tome svjedoči poznati enciklopedist al-Biruni, koji je i sam, međutim, bio sklon nepokretnosti Zemlje. Po njegovom mišljenju, ako neka dodatna sila djeluje na tijelo koje pada, onda će rezultat njenog djelovanja na rotirajuću Zemlju dovesti do nekih efekata koji se zapravo ne primjećuju.

Među naučnicima 13.-16. stoljeća povezanim s opservatorijama Maraha i Samarkand, pokrenula se rasprava o mogućnosti empirijskog potvrđivanja nepokretnosti Zemlje. Tako je poznati astronom Qutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV vijek) vjerovao da se nepokretnost Zemlje može provjeriti eksperimentom. S druge strane, osnivač opservatorije Maragha, Nasir ad-Din al-Tusi, vjerovao je da ako se Zemlja rotira, onda će ova rotacija biti podijeljena slojem zraka koji se nalazi uz njenu površinu, a sva kretanja blizu površine Zemlja bi se pojavila potpuno isto kao da je Zemlja nepomična. On je to potkrijepio uz pomoć zapažanja kometa: prema Aristotelu, komete jesu meteorološki fenomen u gornjim slojevima atmosfere; međutim, astronomska posmatranja pokazuju da komete učestvuju u dnevnoj rotaciji nebeske sfere. Posljedično, gornji slojevi zraka se odnose rotacijom neba, pa se donji slojevi također mogu odnijeti rotacijom Zemlje. Dakle, eksperiment ne može odgovoriti na pitanje da li se Zemlja rotira. Međutim, on je ostao pristalica nepokretnosti Zemlje, jer je to bilo u skladu sa Aristotelovom filozofijom.

Većina islamskih učenjaka kasnijih vremena (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi i drugi) složili su se sa al-Tusijem da će se sve fizičke pojave na rotirajućoj i stacionarnoj Zemlji dešavati na isti način . Međutim, uloga zraka više se nije smatrala osnovnom: ne samo zrak, već i svi objekti se prenose rotirajućom zemljom. Shodno tome, da bi se opravdala nepokretnost Zemlje, potrebno je uključiti Aristotelovo učenje.

Poseban stav u ovim sporovima zauzeo je treći direktor Samarkandske opservatorije, Alauddin Ali al-Kushchi (XV vek), koji je odbacio Aristotelovu filozofiju i smatrao da je rotacija Zemlje fizički moguća. U 17. veku, iranski teolog i enciklopedista Baha ad-Din al-Amili došao je do sličnog zaključka. Po njegovom mišljenju, astronomi i filozofi nisu pružili dovoljno dokaza da opovrgnu rotaciju Zemlje.

Latinski Zapad

Detaljna rasprava o mogućnosti kretanja Zemlje naširoko je sadržana u spisima pariskih skolastika Jean-Buridana, Alberta Saksonskog i Nikole od Oresmea (druga polovina 14. stoljeća). Najvažniji argument u korist rotacije Zemlje, a ne neba, dat u njihovim radovima, jeste malenost Zemlje u poređenju sa Univerzumom, što čini pripisivanje dnevne rotacije neba Univerzumu u najviši stepen neprirodno.

Međutim, svi ovi naučnici su na kraju ipak odbacili rotaciju Zemlje po različitim osnovama. Tako je Albert Saksonski vjerovao da ova hipoteza nije u stanju objasniti promatrane astronomske pojave. S tim se s pravom nisu složili Buridan i Oresme, prema kojima bi se nebeske pojave trebale dešavati na isti način bez obzira da li rotaciju vrši Zemlja ili Kosmos. Buridan je uspio pronaći samo jedan značajan argument protiv rotacije Zemlje: strijele ispaljene okomito nagore padaju niz vertikalnu liniju, iako bi s rotacijom Zemlje, po njegovom mišljenju, trebale zaostajati za kretanjem Zemlje i pasti na zapad. od tačke udarca.

Ali čak i ovaj argument je Oresme odbacio. Ako se Zemlja rotira, onda strelica leti okomito prema gore i istovremeno se pomiče na istok, zarobljena od zraka koji rotira sa Zemljom. Dakle, strijela bi trebala pasti na isto mjesto odakle je ispaljena. Iako se ovdje ponovo spominje zanosna uloga zraka, on zapravo i ne igra posebnu ulogu. O tome govori sledeća analogija:

Isto tako, kada bi se vazduh zatvorio u brodu u pokretu, onda bi osobi koja je okružena ovim vazduhom izgledalo da se vazduh ne kreće... Ako je čovek u brodu koji se kreće velikom brzinom prema istoku, nesvestan toga pokret, a kada bi pružio ruku u pravoj liniji duž jarbola broda, činilo bi mu se da mu ruka radi pravolinijsko kretanje; na isti način, prema ovoj teoriji, čini nam se da se ista stvar dešava sa strelicom kada je ispalimo okomito gore ili vertikalno dole. Unutar broda koji se kreće velikom brzinom prema istoku, mogu se dogoditi sve vrste kretanja: uzdužno, poprečno, dolje, gore, u svim smjerovima - i izgledaju potpuno isto kao kada brod miruje.

Zatim, Oresme daje formulaciju koja anticipira princip relativnosti:

Stoga zaključujem da je nemoguće bilo kakvim eksperimentom pokazati da se nebo dnevno kreće, a da zemlja ne.

Međutim, Oresmeova konačna presuda o mogućnosti Zemljine rotacije bila je negativna. Osnova za ovaj zaključak bio je tekst Biblije:

Međutim, za sada svi podržavaju i vjerujem da se kreće [Nebo] a ne Zemlja, jer je „Bog napravio krug od Zemlje, koji se neće pomjeriti“, uprkos svim argumentima koji govore suprotno.

Mogućnost dnevne rotacije Zemlje spominjali su i srednjovjekovni evropski naučnici i filozofi kasnijih vremena, ali nisu dodani novi argumenti koji nisu sadržani u Buridanu i Oresmeu.

Tako skoro niko od srednjovekovnih naučnika nije prihvatio hipotezu o rotaciji Zemlje. Međutim, tokom njegove rasprave, naučnici Istoka i Zapada izneli su mnoge duboke misli, koje će kasnije ponoviti naučnici Novog doba.

Renesansa i moderno doba

U prvoj polovini 16. stoljeća objavljeno je nekoliko radova koji su tvrdili da je uzrok svakodnevnog okretanja neba rotacija Zemlje oko svoje ose. Jedna od njih bila je rasprava Italijana Celija Calcagninija „O tome da je nebo nepomično i da se Zemlja rotira, ili o neprestanom kretanju Zemlje“ (napisana oko 1525., objavljena 1544.). Nije ostavio veliki utisak na svoje savremenike, jer je do tada već objavljeno temeljno delo poljskog astronoma Nikole Kopernika „O rotacijama nebeskih sfera“ (1543), gde je postavljena hipoteza o dnevnoj rotaciji Zemlja je postala dio heliocentričnog sistema svijeta, poput Aristarha sa Samosa. Kopernik je ranije izložio svoje misli u malom rukom pisanom eseju Mali komentar(ne ranije od 1515. godine). Dvije godine prije glavnog Kopernikovog djela, objavljeno je djelo njemačkog astronoma Georga Joachima Rheticusa Prva naracija(1541), gdje je Kopernikova teorija popularno izlagana.

U 16. veku, Kopernika su u potpunosti podržavali astronomi Tomas Diges, Retikus, Kristof Rotman, Majkl Möstlin, fizičari Đambatista Benedeti, Simon Stevin, filozof Đordano Bruno i teolog Dijego de Zuniga. Neki naučnici su prihvatili rotaciju Zemlje oko svoje ose, odbacujući njeno translatorno kretanje. To je bio stav njemačkog astronoma Nikolasa Reimersa, poznatog i kao Ursus, kao i talijanskih filozofa Andrea Cesalpino i Francesco Patrizi. Tačka gledišta izvanrednog fizičara Williama Gilberta, koji je podržavao aksijalnu rotaciju Zemlje, ali nije govorio o tome, nije sasvim jasno kretanje naprijed. Početkom 17. vijeka heliocentrični sistem svijet (uključujući rotaciju Zemlje oko svoje ose) dobio je impresivnu podršku od Galilea Galileia i Johannesa Keplera. Najutjecajniji protivnici ideje o kretanju Zemlje u 16. i ranom 17. stoljeću bili su astronomi Tycho Brahe i Christopher Clavius.

Hipoteza o rotaciji Zemlje i nastanku klasične mehanike

U suštini, u XVI-XVII vijeku. jedini argument u prilog aksijalnoj rotaciji Zemlje bio je da u ovom slučaju nema potrebe pripisivati ​​ogromne brzine rotacije zvjezdanoj sferi, jer je još u antici već pouzdano utvrđeno da veličina Univerzuma znatno premašuje veličinu Zemlje (ovaj argument je takođe sadržan u Buridan i Oresme).

Protiv ove hipoteze iznesena su razmatranja zasnovana na dinamičkim konceptima tog vremena. Prije svega, ovo je vertikalnost putanja padajućih tijela. Pojavili su se i drugi argumenti, na primjer, jednak domet gađanja u istočnom i zapadnom smjeru. Odgovarajući na pitanje o neuočljivosti efekata dnevne rotacije u zemaljskim eksperimentima, Kopernik je napisao:

Ne samo da se Zemlja okreće sa elementom vode koji je sa njom povezan, već slijedi i znatan dio zraka i svega što je na bilo koji način srodno Zemlji, ili Zemlji najbliži zrak, zasićen zemaljskom i vodenom materijom. iste zakone prirode kao i Zemlja, ili je stekla kretanje, koje joj prenosi susjedna Zemlja u stalnoj rotaciji i bez ikakvog otpora

dakle, glavna uloga Zauzimanje zraka njegovom rotacijom igra ulogu u neuočljivosti Zemljine rotacije. Većina Kopernikanaca u 16. veku deli isto mišljenje.

Zagovornici beskonačnosti Univerzuma u 16. veku bili su i Tomas Diges, Đordano Bruno, Frančesko Patrizi – svi su podržavali hipotezu da se Zemlja rotira oko svoje ose (a prva dva i oko Sunca). Christoph Rothmann i Galileo Galilei vjerovali su da se zvijezde nalaze na različitim udaljenostima od Zemlje, iako nisu eksplicitno govorili o beskonačnosti Univerzuma. S druge strane, Johanes Kepler je negirao beskonačnost Univerzuma, iako je bio pristalica rotacije Zemlje.

Religijski kontekst za debatu o Zemljinoj rotaciji

Brojni prigovori na rotaciju Zemlje bili su povezani s njenim kontradikcijama s tekstom Sveto pismo. Ovi prigovori su bili dvije vrste. Prvo, neka mjesta u Bibliji su citirana kako bi se potvrdilo da je Sunce ono koje čini svakodnevno kretanje, na primjer:

Sunce izlazi i sunce zalazi, i žuri na svoje mjesto gdje izlazi.

U ovom slučaju je pogođena aksijalna rotacija Zemlje, jer je kretanje Sunca od istoka prema zapadu dio dnevne rotacije neba. S tim u vezi često je citiran odlomak iz knjige Isusa Navina:

Isus je zavapio Gospodu onog dana kada je Gospod predao Amoreje u ruke Izraela, kada ih je pobedio u Gibeonu, i bili su potučeni pred sinovima Izraelovim, i rekao je pred Izraelcima: Stani, sunce, nad Gibeonom , i mjesec, iznad doline Avalon. !

Pošto je naredba za zaustavljanje data Suncu, a ne Zemlji, zaključeno je da je Sunce ono koje je izvršilo dnevno kretanje. Drugi odlomci su citirani da podržavaju nepokretnost Zemlje, na primjer:

Postavio si zemlju na čvrste temelje: neće se pokolebati u vijeke vjekova.

Smatralo se da su ovi odlomci u suprotnosti i sa stavom da se Zemlja rotira oko svoje ose i sa revolucijom oko Sunca.

Zagovornici rotacije Zemlje (posebno Giordano-Bruno, Johannes-Kepler, a posebno Galileo-Galilei) zagovarali su na nekoliko frontova. Prvo su istakli da je Biblija napisana razumljivim jezikom obični ljudi, a kada bi njeni autori dali jasne formulacije sa naučne tačke gledišta, ona ne bi mogla da ispuni svoju glavnu, versku misiju. Tako je Bruno napisao:

U mnogim slučajevima je glupo i nepreporučljivo mnogo zaključivati ​​na osnovu istine, a ne na osnovu datog slučaja i pogodnosti. Na primjer, ako umjesto riječi: "Sunce se rađa i izlazi, prolazi kroz podne i naginje se prema Akvilonu", mudrac je rekao: "Zemlja ide u krug prema istoku i, ostavljajući sunce koje zalazi, naginje se prema dva tropska područja, od Raka do Juga, od Jarca do Akvilona”, onda bi slušaoci počeli da razmišljaju: „Kako? Kaže li da se zemlja kreće? Kakva je ovo vest? Na kraju bi ga smatrali budalom, a on bi zaista bio budala.

Ovakav odgovor dat je uglavnom na prigovore u vezi sa dnevnim kretanjem Sunca. Drugo, napomenuto je da neke odlomke Biblije treba tumačiti alegorijski (vidi članak Biblijski alegorizam). Tako je Galileo primijetio da ako se Sveto pismo u potpunosti shvati doslovno, onda ispada da Bog ima ruke, da je podložan emocijama poput ljutnje itd. glavna ideja Branitelji učenja o kretanju Zemlje bili su da nauka i religija imaju različite ciljeve: nauka ispituje pojave materijalnog svijeta, vođena argumentima razuma, cilj religije je moralno poboljšanje čovjeka, njegovo spasenje. Galileo je u tom pogledu citirao kardinala Baronija da Biblija uči kako se uzdići na nebo, a ne kako nebo funkcionira.

Ovi argumenti su uzeti u obzir katolička crkva neuvjerljivo, te je 1616. zabranjena doktrina o rotaciji Zemlje, a 1631. Galileo je osuđen od Inkvizicije zbog svoje odbrane. Međutim, izvan Italije ova zabrana nije imala značajniji utjecaj na razvoj nauke i uglavnom je doprinijela opadanju autoriteta same Katoličke crkve.

Mora se dodati da su religiozne argumente protiv kretanja Zemlje davali ne samo crkveni poglavari, već i naučnici (na primjer, Tycho Brahe). S druge strane, katolički redovnik Paolo Foskarini napisao je kratak esej „Pismo o gledištima Pitagorejaca i Kopernika o pokretljivosti Zemlje i nepokretnosti Sunca i o novom Pitagorejskom sistemu univerzuma“ (1615.), gdje je iznio razmatranja bliska onima Galilea, a španski teolog Diego de Zuniga je čak koristio Kopernikansku teoriju da protumači neke odlomke Svetog pisma (iako se kasnije predomislio). Dakle, sukob između teologije i doktrine o kretanju Zemlje nije bio toliko sukob između nauke i religije kao takve, koliko sukob između starog (već zastarelog početkom 17. veka) i novog. metodološka načela, koji su osnova nauke.

Značaj hipoteze o rotaciji Zemlje za razvoj nauke

Razumijevanje naučni problemi, podignut teorijom rotirajuće Zemlje, doprinio je otkrivanju zakona klasične mehanike i stvaranju nove kosmologije, koja se temelji na ideji ​bezgraničnosti Univerzuma. O kojima se raspravljalo tokom ovog procesa, kontradikcije između ove teorije i bukvalnog čitanja Biblije doprinijele su razgraničenju prirodnih nauka i religije.

Tajanstveni i magični svijet astronomije privukao je pažnju čovječanstva od davnina. Ljudi su podizali glave ka zvezdanom nebu i postavljali večna pitanja zašto zvezde menjaju položaj, zašto dolaze dan i noć, zašto negde zavija mećava, a negde u pustinji plus 50...

Kretanje svjetiljki i kalendara

Većina planeta u Sunčevom sistemu se okreće oko sebe. Istovremeno, svi oni prave revolucije oko Sunca. Neki to rade brzo i brzo, drugi polako i svečano. Planeta Zemlja nije izuzetak; ona se stalno kreće u svemiru. Još u davna vremena ljudi su, ne znajući razloge i mehanizam ovog pokreta, uočili određeni opći obrazac i počeli sastavljati kalendare. Već tada je čovječanstvo zanimalo pitanje kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca.

Sunce izlazi na izlasku

Kretanje Zemlje oko svoje ose je Zemljin dan. A kompletan prolazak naše planete u elipsoidnoj orbiti oko zvijezde je kalendarska godina.

Ako stojite sjeverni pol i povući zamišljenu osu kroz Zemlju do južnog pola, ispada da se naša planeta kreće od zapada prema istoku. Sjećate se, još u “Priči o Igorovom pohodu” se kaže da “Sunce izlazi na izlasku”? Istok se uvek sastaje sunčeve zrake pre Zapada. Zato Nova godina on Daleki istok javlja se ranije nego u Moskvi.

Istovremeno, naučnici su utvrdili da su samo dvije tačke na našoj planeti u statičkom položaju u odnosu na Sjeverni i Južni pol.

Luda brzina

Sva ostala mjesta na planeti su u vječnom pokretu. Kolika je brzina Zemljine revolucije oko Sunca? Na ekvatoru je najviši i dostiže 1670 km na sat. Bliže srednjim geografskim širinama, na primjer, u Italiji, brzina je već mnogo niža - 1200 km na sat. I što je bliže polovima, to je sve manje i manje.

Period rotacije Zemlje oko svoje ose je 24 sata. To kažu naučnici. Mi to zovemo jednostavnije - dan.

Kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca?

350 puta brži od trkačkog automobila

Osim što se rotira oko svoje ose, Zemlja takođe čini eliptično kretanje oko zvijezde koja se zove Sunce. Kojom brzinom su naučnici dugo izračunavali ovaj pokazatelj koristeći složene formule i proračune. Brzina Zemljine revolucije oko Sunca je 107 hiljada kilometara na sat.

Teško je i zamisliti ove lude, nerealne brojke. Na primjer, čak i najtrkaći automobil - 300 kilometara na sat - je 356 puta manji od brzine Zemlje u orbiti.

Čini nam se da se diže i diže, da je Zemlja nepomična, a svjetiljka pravi krug na nebu. Veoma dugo vremena To je upravo ono što je čovečanstvo mislilo, sve dok naučnici nisu dokazali da se sve dešava obrnuto. Danas čak i školarac zna šta se dešava u svetu: planete se glatko i svečano kreću oko Sunca, a ne obrnuto. Zemlja se okreće oko Sunca, i to nimalo kako su drevni ljudi ranije vjerovali.

Dakle, saznali smo da je brzina rotacije Zemlje oko svoje ose i Sunca 1670 km na sat (na ekvatoru) i 107 hiljada kilometara na sat, respektivno. Vau, letimo!

Sunčeva i zvezdana godina

Pun krug, odnosno elipsoidni oval, planeta Zemlja obiđe oko Sunca za 356 dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Astronomi ove brojeve nazivaju "astrološkom godinom". Stoga, na pitanje "Kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca?" jednostavno i sažeto odgovaramo: „Godinu dana“. Ova brojka ostaje nepromijenjena, ali nam se iz nekog razloga dešava svake četiri godine. prijestupna godina, koji ima još jedan dan.

Samo što su se astronomi odavno složili da se dodatnih 5 i “kopejki” sati ne broje svake godine, već su odabrali broj astronomske godine, koji je višekratnik dana. Dakle, godina ima 365 dana. Ali kako s vremenom ne bi došlo do neuspjeha, da se prirodni ritmovi ne pomjeraju u vremenu, jednom u četiri godine u kalendaru se pojavljuje jedan dodatni dan u februaru. Tokom 4 godine, ovi kvartalni dani se "skupe" u cijeli dan - i slavimo prijestupnu godinu. Dakle, odgovarajući na pitanje kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca, slobodno recite jednu godinu.

U naučnom svijetu postoje koncepti “solarne godine” i “sideralne (siderične) godine”. Razlika između njih je otprilike 20 minuta i nastaje zbog činjenice da se naša planeta kreće brže u svojoj orbiti nego što se Sunce vraća na mjesto koje su astronomi odredili kao tačku proljetne ravnodnevnice. Već znamo brzinu Zemljine revolucije oko Sunca, a puni period Zemljine revolucije oko Sunca je 1 godina.

Dani i godine na drugim planetama

Devet planeta Sunčevog sistema ima svoje "koncepte" o brzini, šta je dan i šta je astronomska godina.

Planeta Venera se, na primjer, okreće oko sebe za 243 zemaljska dana. Možete li zamisliti koliko možete tamo uraditi u jednom danu? I koliko dugo traje noć?

Ali na Jupiteru je suprotno. Ova planeta se vrti oko svoje ose gigantskom brzinom i uspeva da se okrene za 360 stepeni za 9,92 sata.

Zemljina orbitalna brzina oko Sunca je godinu dana (365 dana), ali Merkurova je samo 58,6 zemaljskih dana. Na Marsu, planeti najbližoj Zemlji, dan traje skoro isto kao na Zemlji - 24 i po sata, ali je godina skoro duplo duža - 687 dana.

Zemljina revolucija oko Sunca traje 365 dana. Sada pomnožimo ovu cifru sa 247,7 i dobijemo godinu dana na planeti Pluton. Za nas je prošao milenijum, ali su prošle samo četiri godine na najdaljoj planeti Sunčevog sistema.

To su paradoksalne vrijednosti i brojevi koji su zastrašujući u svojoj skali.

Tajanstvena elipsa

Da shvatimo zašto se godišnja doba periodično menjaju na planeti Zemlji, zašto mi, u srednja traka, a zimi je hladno, važno je ne samo odgovoriti na pitanje kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca i kojom putanjom. Takođe je neophodno razumjeti kako to radi.

I ona to ne radi u krugu, već u elipsi. Ako nacrtamo Zemljinu putanju oko Sunca, videćemo da je najbliže Suncu u januaru, a najdalje u julu. Najbliža tačka Zemljine orbite naziva se perihel, a najudaljenija tačka se zove afel.

Budući da Zemljina os nije u strogo vertikalnom položaju, već je nagnuta za oko 23,4 stepena, a u odnosu na elipsoidnu orbitu ugao nagiba se povećava na 66,3 stepena, ispada da u različitim položajima Zemlja izlaže različite strane Ned.

Zbog nagiba orbite, Zemlja se okreće ka zvijezdi sa različitim hemisferama, pa stoga i promjena vremena. Kada zima bjesni na sjevernoj hemisferi, vruće ljeto cvjeta na južnoj hemisferi. Proći će šest mjeseci i situacija će se promijeniti upravo suprotno.

Vrti se, zemaljsko svetilo!

Da li se Sunce okreće oko bilo čega? Naravno! U svemiru ne postoje apsolutno nepomični objekti. Sve planete, svi njihovi sateliti, sve komete i asteroidi se okreću kao sat. Naravno, različita nebeska tijela imaju različite brzine rotacije i uglove nagiba ose, ali su i dalje uvijek u pokretu. I Sunce, koje je zvijezda, nije izuzetak.

Sunčev sistem nije nezavisan zatvoreni prostor. To je dio ogromne spiralne galaksije zvane Mliječni put. Zauzvrat, uključuje još 200 milijardi zvijezda. Sunce se kreće kružno u odnosu na centar ove galaksije. Naučnici su takođe izračunali brzinu rotacije Sunca oko ose i galaksije Mlečni put koristeći dugoročna posmatranja i matematičke formule.

Danas su takvi podaci dostupni. Njegov puni ciklus kružnog kretanja mliječni put Suncu je potrebno 226 miliona godina da prođe kroz njega. U astronomskoj nauci ova brojka se naziva "galaktička godina". Štaviše, ako zamislimo površinu galaksije kao ravnu, tada naša zvijezda pravi lagane oscilacije, gore i dolje, naizmjenično se pojavljuju na sjevernoj i južnoj hemisferi Mliječnog puta. Učestalost takvih fluktuacija je 30-35 miliona godina.

Naučnici vjeruju da je Sunce uspjelo napraviti 30 punih okreta oko Mliječnog puta tokom postojanja Galaksije. Dakle, Sunce je do sada živjelo samo 30 galaktičkih godina. U svakom slučaju, tako kažu naučnici.

Većina naučnika vjeruje da je život na Zemlji počeo prije 252 miliona godina. Dakle, može se tvrditi da su se prvi živi organizmi na Zemlji pojavili kada je Sunce napravilo svoju 29. revoluciju oko Mliječnog puta, odnosno u 29. godini svog galaktičkog života.

Tijelo i plinovi se kreću različitim brzinama

Naučili smo mnogo zanimljivosti. Već znamo brzinu okretanja Zemlje oko Sunca, saznali smo koja je astronomska i galaktička godina, kojom brzinom se Zemlja i Sunce kreću po svojim putanjama, a sada ćemo odrediti kojom brzinom Sunce rotira oko svoje ose.

Činjenicu da Sunce rotira primijetili su drevni istraživači. Na njemu su se periodično pojavljivali i nestajali. slične tačke, što nam je omogućilo da zaključimo da se rotira oko ose. Ali kojom brzinom? Naučnici su, posjedujući najsavremenije istraživačke metode, vrlo dugo raspravljali o tome.

Uostalom, naša zvijezda ima vrlo složen sastav. Njegovo tijelo je čvrsta tečnost. Unutra se nalazi čvrsto jezgro, oko kojeg se nalazi vrući tečni omotač. Iznad nje je tvrda kora. Osim toga, površina Sunca je obavijena vrućim plinom, koji stalno gori. To je težak gas koji se uglavnom sastoji od vodonika.

Dakle, samo Sunčevo tijelo rotira sporo, ali ovaj gorući plin rotira brzo.

25 dana i 22 godine

Spoljna ljuska Sunca napravi potpunu rotaciju oko svoje ose za 27 i po dana. Astronomi su to mogli utvrditi posmatranjem sunčevih pjega. Ali ovo je prosjek. Na primjer, na ekvatoru se rotiraju brže i rotiraju oko svoje ose za 25 dana. Na polovima se pege kreću brzinom od 31 do 36 dana.

Tijelo same zvijezde rotira oko svoje ose za 22,14 godina. Generalno, tokom stotinu godina zemaljskog života, Sunce će se okrenuti oko svoje ose samo četiri i po puta.

Zašto naučnici tako precizno proučavaju brzinu rotacije naše zvijezde?

Zato što daje odgovore na mnoga evolucijska pitanja. Na kraju krajeva, zvijezda Sunce je izvor života za sav život na Zemlji. Upravo zbog sunčevih baklji, kako mnogi istraživači vjeruju, na Zemlji se pojavio život (prije 252 miliona godina). A upravo su zbog ponašanja Sunca dinosaurusi i drugi gmizavci umirali u davna vremena.

Osvetli nas, Sunce!

Ljudi se stalno pitaju da li će Sunce iscrpiti svoju energiju i ugasiti se? Naravno, ugasiće se - ništa nije večno na svetu. A za takve masivne zvijezde postoji vrijeme rođenja, aktivnosti i propadanja. Ali za sada je Sunce u sredini evolucionog ciklusa i ima dovoljno energije. Inače, na samom početku ova zvijezda je bila manje sjajna. Astronomi su utvrdili da je u najranijim fazama razvoja sjaj Sunca bio 70 posto manji nego sada.