Kretanje oko ose rotacije jedna je od najčešćih vrsta kretanja objekata u prirodi. U ovom članku ćemo razmotriti ovu vrstu kretanja sa stajališta dinamike i kinematike. Također dajemo formule koje se odnose na glavne fizičke veličine.

O kakvom pokretu govorimo?

U doslovnom smislu, govorit ćemo o kretanju tijela po krugu, odnosno o njihovoj rotaciji. Upečatljiv primjer takvog kretanja je rotacija kotača automobila ili bicikla dok se vozilo kreće. Rotacija oko svoje ose umjetničkog klizača koji izvodi složene piruete na ledu. Ili rotacija naše planete oko Sunca i oko vlastite ose nagnute prema ravni ekliptike.

Kao što vidite, važan element vrste kretanja koja se razmatra je os rotacije. Svaka tačka tela proizvoljnog oblika čini kružne pokrete oko sebe. Udaljenost od tačke do ose naziva se radijus rotacije. Mnoga svojstva cjelokupnog mehaničkog sistema zavise od njegove vrijednosti, na primjer, moment inercije, linearna brzina i dr.

Ako je razlog za linearno translatorno kretanje 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 vektor udaljenosti od tačke njene primjene do ose r¯, odnosno:

Djelovanje momenta M¯ dovodi do pojave kutnog ubrzanja α¯ u sistemu. Obe 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 eksterno 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 impulsa 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 promjenom položaja tijela u prostoru tokom vremena. Odnosno, objekti proučavanja kinematike rotacije su brzine, ubrzanja i uglovi rotacije.

Prvo, uvedemo ugaonu brzinu. Pod njim se podrazumijeva ugao kroz koji se tijelo okreće 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 njega vrijedi formula za prosječnu ugaonu brzinu:

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

U slučaju neujednačene rotacije koristi se koncept ugaonog ubrzanja α. Određuje brzinu promjene vrijednosti ω u vremenu, odnosno:

α \u003d 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 u odnosu na vreme. 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 se govori o brzini rotacije oko ose, oni mogu značiti i linearne i ugaone karakteristike.

Pretpostavimo da se neka 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, ω ne zavisi od udaljenosti do ose tokom ravnomerne rotacije, dok vrednost v raste linearno sa povećanjem r. Posljednja činjenica objašnjava zašto je, s povećanjem polumjera rotacije, teže zadržati tijelo na kružnoj putanji (njegova linearna brzina i, kao rezultat, raste inercijalne sile).

Zadatak izračunavanja brzine rotacije oko svoje ose Zemlje

Svi znaju da naša planeta u Sunčevom sistemu vrši dvije vrste rotacionog 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 napravi potpunu 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 \u003d 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. Pošto je Zemlja spljoštena lopta, ekvatorijalni polumjer je nešto veći od polarnog. To je 6378 km. Koristeći formulu za vezu dvije brzine, dobijamo:

v \u003d ω * r \u003d 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. Uzrok je i mnogih atmosferskih pojava, kao što je odstupanje smjera pasata prema zapadu.

Zemlja je stalno u pokretu, okrećući se 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 ima nagib poput Zemljine ose (23,5°), tako da uz pomoć globusa možete prilično precizno pratiti kretanje Zemlje oko svoje ose, a uz pomoć "Zemlja - Sunce" " sistem možete 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 gledano sa severnog pola). Zemlji je potrebno 23 sata, 56 minuta i 4,09 sekundi da izvrši jedan potpuni okret oko svoje ose. Dan i noć su posledica rotacije Zemlje. Ugaona brzina Zemljine rotacije oko svoje ose, ili ugao za koji se okreće 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 od 30° je 1445 km/h (400 m/s).
Rotaciju Zemlje ne primjećujemo iz jednostavnog razloga što se svi objekti oko nas kreću paralelno i istovremeno sa nama istom brzinom i nema "relativnih" kretanja objekata oko nas. Ako se, na primjer, brod kreće ravnomjerno, bez ubrzanja i usporavanja po moru po mirnom vremenu, bez valova na površini vode, nećemo uopće osjetiti kako se takav brod kreće ako smo u kabini bez prozora. , pošto 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, gledano sa severnog pola. Zemlji je potrebna jedna zvezdana godina (oko 365,2564 dana) da izvrši jednu potpunu revoluciju oko Sunca. Putanja Zemlje oko Sunca naziva se Zemljina orbita. a ova orbita nije savršeno okrugla. Prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca je oko 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 po eliptičnoj putanji, orbitalna brzina se mijenja. U julu je brzina minimalna (29,27 km/s) i nakon prolaska afela (gornja crvena tačka u animaciji) počinje da ubrzava, au januaru je maksimalna (30,27 km/s) i nakon prolaska počinje da usporava perihel (donja crvena tačka). ).
Dok Zemlja napravi jednu revoluciju oko Sunca, ona pređe razdaljinu od 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 jednom okrene oko svoje ose za 24 sata (365 puta godišnje).
Zapravo, ako skrupuloznije razmotrimo kretanje Zemlje, onda je to 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 zajedno sa Suncem oko centra naše galaksije;
• kretanje u odnosu na centar Lokalne grupe galaksija i drugo.

Kretanje Zemlje oko sopstvene ose

Rotacija Zemlje oko svoje ose(Sl. 1). Za Zemljinu osu, oko koje se rotira, uzima se zamišljena linija. Ova os je odstupljena za 23°27" od okomice na ravan ekliptike. Zemljina os se sece sa zemljinom površinom u dve tačke - pola - severni i južni. Kada se posmatra sa severnog pola, dolazi do Zemljine rotacije suprotno od kazaljke na satu ili, kako se uobičajeno vjeruje, sa zapada prema istoku. Planeta napravi potpunu rotaciju oko svoje ose za jedan dan.

Rice. 1. Rotacija Zemlje oko svoje ose

Dan je jedinica vremena. Odvojeni zvezdani i solarni dani.

zvezdani dan je količina vremena potrebnog Zemlji da se okrene oko svoje ose u odnosu na zvijezde. One su jednake 23 sata 56 minuta i 4 sekunde.

solarni dan je količina vremena potrebnog Zemlji da se okrene 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 površini Zemlje pomjeri se za 15° od svog prvobitnog položaja. Ali u isto vrijeme, brzina kretanja je obrnuto proporcionalna geografskoj širini: na ekvatoru je 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. Sa svakim narednim pokretom, klatno se pokazalo na novim podjelama. 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 implikacije.

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

Još jedna od najvažnijih posljedica aksijalne rotacije je formiranje sile okretanja - Coriolisove sile. U 19. vijeku prvi ga je izračunao francuski naučnik iz oblasti mehanike G. Coriolis (1792-1843). Ovo je jedna od inercijalnih 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 skreće udesno, a na južnoj - 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 uočljiv u pravcu kretanja vazdušnih masa. Pod uticajem sile skretanja Zemljine rotacije, vjetrovi umjerenih širina obje hemisfere poprimaju pretežno zapadni smjer, a u tropskim geografskim širinama - istočni. Slična manifestacija Coriolisove sile nalazi se u smjeru kretanja oceanskih voda. Asimetrija riječnih dolina također je povezana s ovom silom (desna obala je obično visoka na sjevernoj hemisferi, na južnoj - lijeva).

Rotacija Zemlje oko svoje ose dovodi i do pomeranja sunčeve svetlosti po zemljinoj površini od istoka ka zapadu, odnosno do promene dana i noći.

Smjena dana i noći stvara dnevni ritam u živoj i neživoj prirodi. Dnevni ritam je usko povezan sa svjetlosnim i temperaturnim uslovima. Poznati su dnevni hod temperature, dnevni i noćni povjetarac itd. Dnevni ritmovi se javljaju iu divljini - fotosinteza je moguća samo tokom dana, većina biljaka otvara svoje cvjetove u različitim satima; Neke životinje su aktivne danju, druge noću. Ljudski život također teče u svakodnevnom ritmu.

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

Od 1884. usvojen je zonski vremenski račun, odnosno cijela površina Zemlje podijeljena je na 24 vremenske zone od po 15°. Iza standardno vrijeme uzeti lokalno vrijeme srednjeg meridijana svakog pojasa. Susedne vremenske zone se razlikuju za jedan sat. Granice pojaseva su nacrtane uzimajući u obzir političke, administrativne i ekonomske granice.

Nulti pojas je Greenwich (po imenu Greenwich opservatory u blizini Londona), koji se prostire na obje strane nultog meridijana. Razmatra se vrijeme nultog, odnosno početnog meridijana Svjetsko vrijeme.

Meridian 180° prihvaćen kao međunarodni linija za mjerenje datuma- uslovna linija na površini zemaljske kugle, s obje strane koje se sati i minute poklapaju, a kalendarski datumi se razlikuju za jedan dan.

Radi racionalnijeg korišćenja dnevne svetlosti u leto 1930. godine, naša zemlja je uvela porodiljsko vrijeme, ispred zone za jedan sat. 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, između aprila i oktobra, vreme se pomera za jedan sat unapred. Ova tzv ljetno vrijeme. Uvodi se radi uštede energije. Ljeti je Moskva dva sata ispred standardnog vremena.

Vremenska zona u kojoj se nalazi Moskva 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 pogodnosti, smatra se da u godini ima 365 dana, a svake četiri godine, kada se od šest sati „nakupi“ 24 sata, 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- u blizini, oko i helios- Sunce) - najbliža tačka orbite Suncu - 3. januara, udaljenost je 147 miliona km. U ovo vrijeme na sjevernoj hemisferi je zima. Najdalja udaljenost od Sunca u aphel(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 visinom Sunca i promjenom 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 promjene udaljenosti od Zemlje do Sunca, kao i zbog nagiba Zemljine ose prema ravni njenog kretanja oko Sunca, uočava se neravnomjerna raspodjela sunčevog zračenja na Zemlji tokom godine. . Tako se mijenjaju godišnja doba, što je tipično za sve planete koje imaju nagib ose rotacije prema ravni svoje orbite. (ekliptika) različito od 90°. Orbitalna brzina planete na sjevernoj hemisferi veća je zimi, a niža ljeti. Dakle, zimsko polugodište traje 179, a ljetno - 186 dana.

Kao rezultat kretanja Zemlje oko Sunca i nagiba Zemljine ose prema ravnini njene orbite za 66,5 °, na našoj planeti se ne opaža samo promjena godišnjih doba, već i promjena dužine dana. i noć.

Rotacija Zemlje oko Sunca i promena godišnjih doba na Zemlji prikazani su na Sl. 81 (ekvinocij i solsticij prema godišnjim dobima na sjevernoj hemisferi).

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

Ekvinocija- trenutak u kojem centar Sunca, tokom njegovog prividnog godišnjeg kretanja duž ekliptike, prelazi nebeski ekvator. Postoje proljetni i jesenji ekvinocij.

Nagib Zemljine ose rotacije oko Sunca u ekvinocijama 20-21. marta i 22-23. septembra je neutralan u odnosu na Sunce, a delovi planete okrenuti prema njemu ravnomerno su osvetljeni od pola do pola (Sl. 5). Sunčevi zraci padaju okomito na ekvator.

Najduži dan i najkraća noć javljaju se na ljetni solsticij.

Rice. 5. Osvetljenje Zemlje Suncem u dane ekvinocija

Solsticij- trenutak prolaska kroz centar Sunca tačaka ekliptike, najudaljenijih 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 trop, čija je geografska širina 23 ° 27 "Cijelog dana i noći, ne samo da su polarna područja osvijetljena, već i prostor iza njih do geografske širine 66 ° 33" ( Arktički krug). Na južnoj hemisferi u ovo vrijeme se ispostavlja da je osvijetljen samo onaj njen dio koji leži između ekvatora i južnog arktičkog kruga (66°33"). Iza njega, na današnji dan, površina Zemlje nije osvijetljena.

Na dan zimskog solsticija 21-22. decembra sve se dešava obrnuto (slika 6). Sunčevi zraci već padaju na južni tropski kraj. Na južnoj hemisferi su osvijetljena područja koja se nalaze ne samo između ekvatora i tropa, već i oko Južnog pola. Ovakva situacija se nastavlja do proljećne ravnodnevice.

Rice. 6. Osvetljenje Zemlje na dan zimskog solsticija

Na dvije paralele Zemlje u dane solsticija, Sunce u podne je direktno iznad glave posmatrača, odnosno u zenitu. Takve paralele se nazivaju tropima. Na severnom tropiku (23° S), Sunce je u zenitu 22. juna, na tropskom jugu (23° S) 22. decembra.

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

arktičkim krugovima izuzetne po tome što su granice oblasti u kojima postoje polarni dani i noći.

polarni dan- period kada sunce ne pada ispod horizonta. Što je dalje od arktičkog kruga blizu pola, 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 ne primijetiti tako divan prirodni fenomen kao što su bijele noći. Bijele noći- ovo su vedre noći na početku ljeta, kada se večernja zora spaja sa jutarnjom zorom i 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 pojasevi za osvetljenje. Vrući pojas leži između sjevernog i južnog tropa (trop Raka i Tropik Jarca), zauzima 40% zemljine površine i odlikuje se najvećom količinom topline koja dolazi od Sunca. Između tropa i arktičkih krugova na južnoj i sjevernoj hemisferi postoje umjerene zone osvjetljenja. Godišnja doba su ovdje već izražene: što je dalje od tropskih krajeva, ljeto je kraće i svježije, zima je duža i hladnija. Polarni pojasevi na sjevernoj i južnoj hemisferi ograničeni su arktičkim krugovima. Ovdje je visina Sunca iznad horizonta tokom godine niska, pa je količina sunčeve topline minimalna. Polarne zone karakterišu polarni dani i noći.

U zavisnosti od godišnjeg kretanja Zemlje oko Sunca, ne dolazi samo do smene godišnjih doba i povezanog neravnomernog osvetljenja zemljine površine po geografskim širinama, već i do značajnog dela procesa u geografskom omotaču: sezonskih vremenskih promena, režim rijeka i jezera, ritam u životu biljaka i životinja, vrste i rokovi poljoprivrednih radova.

Kalendar.Kalendar- sistem za računanje dužih vremenskih perioda. Ovaj sistem se zasniva na periodičnim prirodnim fenomenima povezanim sa kretanjem nebeskih tela. Kalendar koristi astronomske fenomene - smjenu godišnjih doba, dana i noći, promjenu mjesečevih faza. Prvi kalendar je bio egipatski, nastao u 4. veku. BC e. Julije Cezar je 1. januara 45. uveo julijanski kalendar, koji još uvijek koristi Ruska pravoslavna crkva. Zbog činjenice da je trajanje julijanske godine duže od astronomske za 11 minuta i 14 sekundi, do 16. veka. nakupila se "greška" od 10 dana - dan prolećne ravnodnevice nije došao 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 ponovo je vraćena na 21. mart, a kalendar je postao poznat kao gregorijanski. Uveden je u Rusiji 1918. Međutim, ima i niz nedostataka: neujednačena dužina mjeseci (28, 29, 30, 31 dan), nejednakost kvartala (90, 91, 92 dana), nedosljednost broja mjeseci po danima 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.

• Zrakoplov koji leti ovom brzinom od istoka prema 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 okviru .
• Superpozicija Zemljine rotacije oko 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 56 sekundi duže od zvezdanog dana.

Fizičko značenje i eksperimentalna potvrda

Fizičko značenje rotacije Zemlje oko svoje ose

Kako je svako kretanje relativno, potrebno je naznačiti određeni referentni okvir u odnosu na koji se proučava kretanje tijela. Kada kažu da se Zemlja okreće oko zamišljene ose, to znači da vrši rotaciono kretanje u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir, a period ove rotacije jednak je sideralnim danima - periodu potpune revolucije Zemlje (nebeski sfera) u odnosu na nebesku sferu (Zemlju).

Svi eksperimentalni dokazi Zemljine rotacije oko svoje ose svode se na dokaz da je referentni okvir povezan sa Zemljom neinercijalni referentni okvir posebnog tipa - referentni okvir koji vrši rotaciono kretanje u odnosu na inercijalne okvire referenca.

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 na vanjskim tijelima – 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.

Sile inercije

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 je zbog djelovanja 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 satovi s klatnom idu sporije u blizini ekvatora nego u Parizu. Newton je to ubrzo objasnio rekavši da je period klatna obrnuto proporcionalan kvadratnom korijenu gravitacijskog ubrzanja, koje se smanjuje na ekvatoru zbog centrifugalne sile.

Spljoštenje 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 (koju predvode Alexis Clero i sam Maupertuis).

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 dani). U opštem slučaju, period je obrnuto proporcionalan sinusu geografske širine, na ekvatoru je ravan oscilacija klatna nepromenjena.

Žiroskop- rotirajuće tijelo sa značajnim momentom inercije zadržava ugaoni moment ako nema jakih perturbacija. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja šta se dogodilo sa Foucaultovim klatnom koje nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop je zadržao svoju orijentaciju, što znači da se polako rotirao 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 Zemljine rotacije od geografske širine: kada se kreće od ekvatora do pola, projektil zadržava horizontalu 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 ravan okomita na osu rotacije Zemlje. 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 tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena na istok, što dovodi do odgovarajućeg odstupanja putanje tijela koje slobodno pada (bez početne brzine) s 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 a tijelo je malo ispred osnove tornja.

Eötvös 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 slobodnog pada, ovisno o tome da li se tijelo kreće prema zapadu ili istoku. Ovaj efekat se naziva Eötvösov efekat u čast mađarskog fizičara Lorand Åtvösa, koji ga je eksperimentalno otkrio početkom 20. vijeka.

Eksperimenti koristeći zakon održanja ugaonog momenta. Neki eksperimenti se zasnivaju na zakonu održanja količine gibanja: u inercijalnom referentnom okviru, vrijednost impulsa (jednaka proizvodu moment-inercija puta ugaone brzine rotacije) se ne mijenja pod djelovanjem unutrašnjih sila. Ako je u nekom početnom trenutku instalacija nepomična u odnosu na Zemlju, tada je brzina njene rotacije u odnosu na inercijski referentni okvir jednaka kutnoj brzini Zemljine rotacije. 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 djelovanja 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 je došla u rotaciju. Još ilustrativniji eksperiment napravio 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 stacionarna u odnosu na Zemlju. Zatim je štap doveden u vertikalni položaj, što je dovelo do promjene momenta inercije instalacije za oko 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 uticaj na smjer vrtloga vode pri ispuštanju u lavabo ili kadu, tako da općenito smjer rotacije u lijevu nije povezan sa rotacijom Zemlje. Samo u pažljivo kontroliranim eksperimentima moguće je odvojiti djelovanje Coriolisove sile od drugih faktora: na sjevernoj hemisferi lijevak će biti uvrnut u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi - obrnuto.

Efekti Coriolisove sile: fenomeni u okruženju

Optički eksperimenti

Brojni eksperimenti koji demonstriraju rotaciju Zemlje temelje se na Sagnacovom efektu: ako se prstenasti interferometar rotira, tada se zbog relativističkih efekata pojavljuje fazna razlika u nadolazećim snopovima.

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

gdje A (\displaystyle A)- površina projekcije prstena na ekvatorijalnu ravninu (ravninu okomitu na os rotacije), c (\displaystyle c)- brzina svjetlosti, 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 dnevne rotacije Zemlje.

Neravnomjerna rotacija

Precesija i nutacija

Istorija ideje dnevne rotacije Zemlje

Antika

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

Međutim, o Giketi i Ekfantu se gotovo ništa ne zna, a čak se i samo njihovo postojanje ponekad dovodi u pitanje. Prema mišljenju većine naučnika, Zemlja u sistemu Filolajevog svijeta nije se rotirala, već se kretala naprijed oko Centralne vatre. U svojim drugim spisima, Platon slijedi tradicionalni pogled na nepokretnost Zemlje. Međutim, do nas su došli brojni dokazi da je ideju o rotaciji Zemlje branio filozof Heraklid Pont (4. vek pne). Vjerovatno je još jedna Heraklidova pretpostavka povezana s hipotezom o rotaciji Zemlje oko svoje ose: svaka zvijezda je svijet koji uključuje zemlju, zrak, etar, a sve se to nalazi u beskonačnom prostoru. Zaista, ako je dnevna rotacija neba odraz rotacije Zemlje, onda nestaje premisa da se zvijezde smatraju na istoj sferi.

Otprilike vek kasnije, pretpostavka o rotaciji Zemlje postala je sastavni deo prve, koju je predložio veliki astronom Aristarh sa Samosa (3. vek pre nove ere). Aristarha su podržavali vavilonski Seleuk (II vek pne), kao i Heraklid Pontijski, koji je smatrao da je Univerzum beskonačan. Činjenica da je ideja o dnevnoj rotaciji Zemlje imala svoje pristalice još u 1. veku nove ere. e., svedoče neke izjave filozofa Seneke, Derkilida, 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 kretala 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 zaključivanju fundamentalno važna, jer se podrazumijeva da upravo njegovo kretanje zajedno sa Zemljom krije rotaciju naše planete. Ptolomej se suprotstavlja tome govoreći ono

tijela u zraku uvijek će izgledati kao da zaostaju... A kada bi se tijela rotirala zajedno sa zrakom u cjelini, onda se nijedno od njih ne bi činilo ispred drugog ili zaostajalo za njim, već bi ostalo na mjestu, u letu i bacanju ne bi pravio devijacije ili pokrete na drugo mjesto, kakve vidimo vlastitim očima da se dešavaju, a ne bi usporili ili ubrzali uopšte, jer Zemlja nije nepokretna.

Srednje godine

Indija

Prvi od srednjovjekovnih autora, koji je sugerirao da se Zemlja rotira oko svoje ose, bio je veliki indijski astronom i matematičar Aryabhata (kraj V - početak VI stoljeća). On to formuliše na nekoliko mesta u svojoj raspravi. Ariabhatia, Na primjer:

Kao što osoba 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 se na Zemlji koja rotira, ptice koje lete u vazduhu ne mogu da se vrate u svoja gnezda, a kamenje i drveće će leteti sa površine Zemlje. Ugledni astronom Brahmagupta (6. vek) je takođe ponovio stari argument da telo koje je palo sa visoke planine može da potone do svog podnožja. Istovremeno je, međutim, odbacio jedan od Varahamihirinih argumenata: po njegovom mišljenju, čak i kada bi se Zemlja rotirala, objekti se ne bi mogli odvojiti od nje zbog svoje gravitacije.

Islamski Istok

Mogućnost Zemljine rotacije razmatrali su mnogi naučnici muslimanskog istoka. Tako je poznati geometar al-Sijizi izmislio astrolab, čiji je princip rada zasnovan na ovoj pretpostavci. Neki islamski učenjaci (čija imena nisu došla do nas) čak su pronašli pravi način da opovrgnu glavni argument protiv rotacije Zemlje: vertikalnost putanja padajućih tijela. U suštini, istovremeno je izrečen 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 uzduž linije, ali bi se na nju prenijela tačka koja je projekcija ove linije na površinu Zemlje.rotacija. O tome svjedoči poznati naučnik-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 XIII-XVI stoljeća, povezanim sa opservatorijama Maraga i Samarkand, pokrenula se rasprava o mogućnosti empirijskog opravdanja nepokretnosti Zemlje. Tako je poznati astronom Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV vijek) vjerovao da se nepokretnost Zemlje može provjeriti eksperimentom. S druge strane, osnivač opservatorije Maraga, Nasir ad-Din at-Tusi, vjerovao je da ako se Zemlja rotira, onda će ova rotacija biti odvojena slojem zraka koji se nalazi uz njenu površinu, a sva kretanja u blizini Zemljine površine dogodio bi se na potpuno isti način kao da je Zemlja nepomična. On je to opravdao uz pomoć zapažanja kometa: prema Aristotelu, komete su meteorološki fenomen u gornjoj atmosferi; ipak, astronomska posmatranja pokazuju da komete učestvuju u dnevnoj rotaciji nebeske sfere. Posljedično, gornji slojevi zraka su zahvaćeni rotacijom neba, pa stoga niži slojevi također mogu biti zahvaćeni 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 kasnijeg vremena (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Dzhurjani, al-Birjandi i drugi) složili su se sa at-Tusijem da će sve fizičke pojave na rotirajućoj i stacionarnoj Zemlji rezultirati isti put. Međutim, uloga zraka u ovom slučaju više se nije smatrala osnovnom: ne samo zrak, već i svi objekti se prenose rotirajućom zemljom. Stoga, 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. stoljeću, iranski teolog i učenjak-enciklopedista Baha al-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 Zemljinog kretanja naširoko je sadržana u spisima pariskih skolastika Jeana Buridana, Alberta Saksonskog i Nikolasa Orema (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 krajnje neprirodnim.

Međutim, svi ovi naučnici su na kraju odbacili rotaciju Zemlje, iako na različitim osnovama. Tako je Albert Saksonski vjerovao da ova hipoteza nije u stanju objasniti promatrane astronomske pojave. Buridan i Orem se s pravom nisu složili sa ovim, prema kojem bi se nebeske pojave trebale dešavati na isti način bez obzira šta čini rotaciju, Zemlja ili Kosmos. Buridan je mogao pronaći samo jedan značajan argument protiv rotacije Zemlje: strijele ispaljene okomito nagore padaju niz strmu liniju, iako bi s rotacijom Zemlje, po njegovom mišljenju, morale zaostati za kretanjem Zemlje i pasti na zapadno od tačke udarca.

Ali čak je i ovaj argument 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 mora pasti na isto mjesto odakle je ispaljena. Iako se ovdje opet pominje zanosna uloga zraka, u stvarnosti on ne igra posebnu ulogu. Ovo je ilustrovano sljedećom analogijom:

Slično, kada bi se vazduh zatvorio u brodu u pokretu, onda bi se osobi okruženoj ovim vazduhom činilo da se vazduh ne kreće... Kada bi se osoba nalazila u brodu koji se kreće velikom brzinom prema istoku, ne znajući za ovaj pokret, a da je ispružio ruku u pravoj liniji duž jarbola broda, učinilo bi mu se da mu ruka pravi pravolinijski pokret; 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 na istok velikom brzinom, mogu se dogoditi sve vrste kretanja: uzdužno, poprečno, dolje, gore, u svim smjerovima - i izgledaju potpuno isto kao kada brod miruje.

Nadalje, Orem daje formulaciju koja anticipira princip relativnosti:

Stoga zaključujem da je nemoguće bilo kakvim iskustvom dokazati 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 je [Nebo] a ne Zemlja ono što se kreće, jer je "Bog stvorio krug Zemlje koji se neće tresti", uprkos svim suprotnim argumentima.

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

Dakle, praktično niko od srednjovekovnih naučnika nije prihvatio hipotezu o rotaciji Zemlje. Međutim, tokom njegove rasprave od strane naučnika Istoka i Zapada, izneta su mnoga duboka razmišljanja, koja će potom ponoviti naučnici Novog doba.

Renesansa i moderno doba

U prvoj polovini 16. veka objavljeno je nekoliko radova koji su tvrdili da je razlog svakodnevnog okretanja neba rotacija Zemlje oko svoje ose. Jedna od njih bila je rasprava Italijana Celija Calcagninija "O tome da je nebo nepomično, a da se Zemlja rotira, ili o vječnom 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 deo heliocentričnog sistema sveta, poput Aristarha Samoskog. Kopernik je ranije izrazio svoje misli u malom rukom pisanom eseju. Mali komentar(ne ranije od 1515. godine). Dvije godine ranije od glavnog Kopernikovog djela, objavljeno je djelo njemačkog astronoma Georga Joachima Rhetika. First Narrative(1541), gdje se popularno izlaže Kopernikova teorija.

U 16. vijeku Kopernika su u potpunosti podržavali astronomi Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fizičari Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno, teolog Diego de Zuniga. Neki naučnici su prihvatili rotaciju Zemlje oko svoje ose, odbacujući njeno kretanje napred. Ovo je bio stav njemačkog astronoma Nikolasa Reimersa, poznatog i kao Ursus, kao i talijanskih filozofa Andrea Cesalpina i Francesco Patricia. Tačka gledišta izvanrednog fizičara Williama Gilberta, koji je podržavao aksijalnu rotaciju Zemlje, ali nije govorio o njenom translacijskom kretanju, nije sasvim jasno. Početkom 17. vijeka, heliocentrični sistem svijeta (uključujući rotaciju Zemlje oko svoje ose) dobio je impresivnu podršku od Galilea Galileja i Johannesa Keplera. Najutjecajniji protivnici ideje o kretanju Zemlje u 16. - ranom 17. stoljeću bili su astronomi Tycho Brage i Christopher Clavius.

Hipoteza o rotaciji Zemlje i formiranju klasične mehanike

Zapravo, 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 su sadržali i Buridan i Orem) .

Protiv ove hipoteze izneti su argumenti zasnovani na dinamičkim idejama tog vremena. Prije svega, ovo je vertikalnost putanja padajućih tijela. Bilo je i drugih argumenata, na primjer, jednak domet vatre u smjeru istoka i zapada. Odgovarajući na pitanje o neuočljivosti efekata dnevne rotacije u zemaljskim eksperimentima, Kopernik je napisao:

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

Dakle, uvlačenje zraka njegovom rotacijom igra glavnu ulogu u neuočljivosti Zemljine rotacije. Ovo mišljenje je delila većina Kopernikanaca u 16. veku.

Pristalice beskonačnosti Univerzuma u 16. veku bili su i Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici – svi su podržavali hipotezu o rotaciji Zemlje oko svoje ose (a prva dva takođe 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 debate o rotaciji Zemlje

Brojni prigovori na rotaciju Zemlje bili su povezani sa njenim kontradiktornostima sa tekstom Svetog pisma. 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 napadnuta je aksijalna rotacija Zemlje, jer je kretanje Sunca od istoka prema zapadu dio dnevne rotacije neba. S tim u vezi često se citira odlomak iz knjige Isusa Navina:

Isus je pozvao Gospoda na dan kada je Gospod predao Amoreje u ruke Izraela, kada ih je potukao u Gibeonu, i bili su tučeni pred licem sinova Izraelovih, i rekao pred Izraelcima: Stani, sunce je iznad Gibeona, a mjesec je nad dolinom Avalona. !

Pošto je naredba za zaustavljanje data Suncu, a ne Zemlji, iz ovoga se zaključilo da je Sunce ono koje je napravilo dnevni pokret. Drugi odlomci su citirani u prilog nepokretnosti Zemlje, kao što su:

Postavio si zemlju na čvrste temelje, neće se pokolebati dovijeka.

Smatralo se da su ovi odlomci suprotni i ideji rotacije Zemlje oko svoje ose i revoluciji oko Sunca.

Pristalice rotacije Zemlje (posebno Giordano Bruno, Johann Kepler i posebno Galileo Galilei) branili su se u nekoliko pravaca. Prvo su istakli da je Biblija napisana jezikom razumljivim običnim ljudima, a da su njeni autori dali naučno jasne formulacije, ne bi mogla ispuniti svoju glavnu, vjersku misiju. Tako je Bruno napisao:

U mnogim slučajevima je glupo i nesvrsishodno davati mnogo obrazloženja prema istini, a ne prema datom slučaju 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 Akvila“, onda bi slušaoci počeli da razmišljaju: „Kako? Kaže li da se zemlja kreće? Kakva je ovo vijest? Na kraju bi ga smatrali budalom, i zaista bi bio budala.

Odgovori ove vrste davali su se uglavnom na prigovore u vezi sa dnevnim kretanjem Sunca. Drugo, napomenuto je da neke odlomke Biblije treba tumačiti alegorijski (vidi članak Biblijski alegorizam). Dakle, Galileo je primijetio da ako se Sveto pismo shvati potpuno doslovno, onda se ispostavi da Bog ima ruke, da je podložan emocijama kao što je ljutnja, itd. Općenito, glavna ideja branitelja doktrine pokreta Zemlje bila je da nauka i religija imaju različite ciljeve: nauka razmatra fenomene materijalnog sveta, vođena argumentima razuma, cilj religije je moralno poboljšanje čoveka, njegovo spasenje. Galileo je citirao kardinala Baronija u vezi s tim da Biblija uči kako se uzdići na nebo, a ne kako su nebesa napravljena.

Katolička crkva smatrala je ove argumente neuvjerljivima, te je 1616. doktrina rotacije Zemlje zabranjena, a 1631. Galileo je osuđen od strane Inkvizicije zbog svoje odbrane. Međutim, izvan Italije, ova zabrana nije imala značajniji utjecaj na razvoj nauke i uglavnom je doprinijela padu autoriteta same Katoličke crkve.

Mora se dodati da su vjerske argumente protiv kretanja Zemlje iznijeli ne samo crkveni poglavari, već i naučnici (na primjer, Tycho Brage). S druge strane, katolički redovnik Paolo Foscarini napisao je kratak esej „Pismo o gledištima Pitagorejaca i Kopernika o pokretljivosti Zemlje i nepokretnosti Sunca i o novom pitagorejskom sistemu svemira“ (1615.), gdje je iznosio razmišljanja bliska Galilejevima, a španski teolog Diego de Zuniga je čak koristio Kopernikovu 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, već sukob između starih (već zastarjelih početkom 17. stoljeća) i novih metodoloških principa. osnovnu nauku.

Značaj hipoteze o rotaciji Zemlje za razvoj nauke

Razumijevanje naučnih problema koje postavlja teorija rotirajuće Zemlje doprinijelo je otkrivanju zakona klasične mehanike i stvaranju nove kosmologije, koja se temelji na ideji beskonačnosti Univerzuma. O kojima se raspravljalo tokom ovog procesa, kontradikcije između ove teorije i doslovnog čitanja Biblije doprinijele su razgraničenju prirodnih nauka i religije.

Tajanstveni i magični svijet astronomije privukao je pažnju čovječanstva od davnina. Ljudi su digli glave ka zvezdanom nebu i postavljali večna pitanja zašto zvezde menjaju svoj 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, znajući uzroke i mehanizam ovog pokreta, uočili određeni opći obrazac i počeli sastavljati kalendare. Već tada je čovječanstvo zanimalo pitanje kolika je brzina Zemljine revolucije oko Sunca.

Sunce izlazi na izlasku

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

Ako stojite na Sjevernom polu i povučete zamišljenu os kroz Zemlju do Južnog pola, ispostavit će se da se naša planeta kreće od zapada prema istoku. Sjećate li se, čak se i u "Slovu o pohodu Igorovu" kaže da "Sunce izlazi na izlasku"? Istok se uvijek susreće sa sunčevim zrakama prije zapada. Zato nova godina na Dalekom istoku dolazi 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 lakše - dan.

Koliko brzo se Zemlja okreće oko Sunca?

350 puta brži od trkačkog automobila

Osim što se rotira oko svoje ose, Zemlja takođe čini elipsoidno kretanje oko zvijezde koja se zove Sunce. Kolikom brzinom su naučnici odavno izračunali ovaj pokazatelj koristeći složene formule i proračune. Brzina Zemlje 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. Čovječanstvo je jako dugo razmišljalo upravo o tome, sve dok naučnici nisu dokazali da se sve dešava obrnuto. Danas čak i školarac zna šta se dešava u svijetu: planete se glatko i svečano kreću oko Sunca, a ne obrnuto. Zemlja se okreće oko Sunca, i to nimalo na način na koji 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, mi letimo!

solarna i zvezdana godina

Pun krug, tačnije, eliptični 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: "Godina". Ovaj pokazatelj ostaje nepromijenjen, ali iz nekog razloga svake četiri godine imamo prijestupnu godinu u kojoj je još jedan dan više.

Samo što su se astronomi odavno složili da se dodatnih 5 i po sati ne računa svake godine, već su odabrali broj astronomske godine, višestruki broj dana. Dakle, godina ima 365 dana. Ali kako s vremenom ne bi došlo do neuspjeha, kako se prirodni ritmovi ne bi pomjerali u vremenu, svake četiri godine u kalendaru se pojavljuje jedan dodatni dan u februaru. Ovi kvartalni dani za 4 godine su "sakupljeni" u cijeli dan - i slavimo prijestupnu godinu. Dakle, odgovarajući na pitanje kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca, slobodno recite da je jedna godina.

U naučnom svijetu postoje koncepti "solarne godine" i "zvjezdane (siderične) godine". Razlika između njih je oko 20 minuta i nastaje zbog činjenice da naša planeta kruži brže nego što se Sunce vraća na mjesto koje su astronomi identificirali kao proljetni ekvinocij. Već znamo brzinu Zemljine revolucije oko Sunca, a ukupan period Zemljine revolucije oko Sunca je 1 godina.

Dani i godine na drugim planetama

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

Planeta Venera, na primjer, kruži oko sebe 243 zemaljska dana. Možete li zamisliti koliko možete tamo uraditi u jednom danu? A koliko je duga noć!

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

Brzina prolaska Zemlje u orbiti oko Sunca je godinu dana (365 dana), ali Merkur je samo 58,6 zemaljskih dana. Na Marsu, planeti najbližoj Zemlji, dan traje skoro isto koliko i na Zemlji - 24 i po sata, ali je godina skoro duplo duža - 687 dana.

Revolucija Zemlje oko Sunca traje 365 dana. Sada pomnožimo ovu cifru sa 247,7 i dobijemo godinu dana na planeti Pluton. Imamo milenijum, a na najudaljenijoj planeti Sunčevog sistema - samo četiri godine.

Evo takvih paradoksalnih vrijednosti i brojki zastrašujućih u svojoj skali.

Tajanstvena elipsa

Da bismo razumeli zašto se na planeti Zemlji periodično menjaju godišnja doba, zašto je hladno u našoj srednjoj traci, a zimi hladno, važno je ne samo odgovoriti na pitanje kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca i duž koje put. Takođe morate razumjeti kako ona to radi.

I ona to ne radi u krugu, već u elipsi. Ako nacrtamo orbitu Zemlje oko Sunca, tada ćemo vidjeti da je najbliže svjetiljku u januaru, a najdalje - u julu. Najbliža tačka Zemljinog položaja u orbiti naziva se perihel, a najudaljenija tačka se zove afel.

Pošto Zemljina os nije u strogo vertikalnom položaju, već je odstupljena 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 Sunce različite strane.

Zbog nagiba orbite, Zemlja se okreće ka zvijezdi na različitim hemisferama, otuda i promjena vremena. Kada zima bjesni na sjevernoj hemisferi, vruća ljeta cvjetaju na južnoj hemisferi. Šest mjeseci kasnije, situacija će se promijeniti upravo suprotno.

Vrti se, zemaljsko svetilo!

Okreće li se sunce oko nečega? Naravno! U svemiru ne postoje apsolutno nepomični objekti. Sve planete, svi njihovi sateliti, sve komete i asteroidi vrte se kao sat. Naravno, različita nebeska tijela imaju različite brzine rotacije i ugao nagiba ose, ali su ipak uvijek u pokretu. I Sunce, koje je zvijezda, nije izuzetak.

Sunčev sistem nije nezavisan zatvoreni prostor. Ulazi u ogromnu spiralnu galaksiju zvanu Mliječni put. On, pak, uključuje čak 200 milijardi zvijezda više. Sunce se kreće u krugu oko centra ove galaksije. Brzinu rotacije Sunca oko svoje ose i galaksije Mlečni put naučnici su takođe izračunali koristeći dugoročna posmatranja i matematičke formule.

Danas postoje takvi podaci. Sunce završava svoj puni ciklus kružnog kretanja oko Mliječnog puta za 226 miliona godina. U astronomskoj nauci ova brojka se naziva "galaktička godina". Štaviše, ako zamislimo površinu galaksije kao ravnu, onda naša svjetiljka pravi male fluktuacije gore-dolje, završavajući naizmjenično u sjevernoj i južnoj hemisferi Mliječnog puta. Učestalost takvih fluktuacija je 30-35 miliona godina.

Naučnici veruju da je Sunce tokom postojanja Galaksije uspelo da napravi 30 kompletnih revolucija oko Mlečnog puta. Dakle, Sunce je do sada živjelo samo 30 galaktičkih godina. Barem tako kažu naučnici.

Većina naučnika vjeruje da je život na Zemlji nastao 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

Saznali smo mnogo zanimljivih činjenica. Već znamo brzinu rotacije Zemlje oko Sunca, saznali smo koja je astronomska i galaktička godina, koliko se brzo 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. Slične mrlje su se povremeno pojavljivale na njemu, a zatim nestajale, što je omogućilo da se zaključi da se rotira oko svoje ose. Ali kojom brzinom? Naučnici, koji imaju najsavremenije metode istraživanja, raspravljali su o tome jako dugo.

Uostalom, naša svjetiljka ima vrlo složen sastav. Njegovo tijelo je čvrsto. Unutra je čvrsto jezgro, oko kojeg se nalazi vrući tečni omotač. Iznad nje je tvrda kora. Uz sve to, površina Sunca je obavijena vrelim gasom koji neprestano gori. To je težak gas koji se uglavnom sastoji od vodonika.

Dakle, samo Sunčevo tijelo rotira polako, a ovaj gorući plin - 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 naprave okret oko ose za 25 dana. Na polovima se sunčeve pjege kreću brzinom od 31 do 36 dana.

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

Zašto naučnici tako precizno proučavaju brzinu rotacije naše zvijezde?

Jer daje odgovore na mnoga pitanja evolucije. Na kraju krajeva, zvijezda Sunce je izvor života za sav život na Zemlji. Upravo zbog baklji na Suncu, prema mnogim istraživačima, na Zemlji se pojavio život (prije 252 miliona godina). A upravo su zbog ponašanja Sunca dinosaurusi i drugi reptili umrli u davna vremena.

Zasjaj nam, Sunce!

Ljudi se stalno pitaju da li će Sunce iscrpiti svoju energiju, da li će se ugasiti? Naravno, ugasit će se - nema ničeg vječnog na svijetu. A za takve masivne zvijezde postoji vrijeme rođenja, aktivnosti i raspadanja. Ali do sada je Sunce u sredini evolucijskog 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.