Mouvement autour axe de rotation est l'un des types courants d'objets en mouvement dans la nature. Dans cet article nous considérerons ce type de mouvement du point de vue de la dynamique et de la cinématique. Nous présentons également des formules reliant les grandeurs physiques de base.

De quel type de mouvement parlons-nous ?

Au sens littéral, nous parlerons du mouvement des corps en cercle, c'est-à-dire de leur rotation. Un exemple frappant un tel mouvement est la rotation de la roue d'une voiture ou d'un vélo tout en se déplaçant véhicule. Rotation autour de son axe par un patineur artistique effectuant des pirouettes complexes sur glace. Ou la rotation de notre planète autour du Soleil et autour de son propre axe, incliné par rapport au plan de l'écliptique.

Comme vous pouvez le constater, un élément important du type de mouvement considéré est l'axe de rotation. Chaque point d'un corps de forme arbitraire effectue des mouvements circulaires autour de lui. La distance d'un point à un axe s'appelle le rayon de rotation. De nombreuses propriétés de l'ensemble Système mécanique, par exemple le moment d'inertie, la vitesse linéaire et autres.

Si la raison du mouvement de translation linéaire des corps dans l'espace est la force externe agissant sur eux, alors la raison du mouvement autour de l'axe de rotation est le moment de force externe. Cette quantité est décrite comme le produit vectoriel de la force appliquée F¯ et du vecteur distance du point de son application à l'axe r¯, soit :

L'action du moment M¯ conduit à l'apparition d'une accélération angulaire α¯ dans le système. Les deux quantités sont liées entre elles par un certain coefficient I par l'égalité suivante :

La quantité I est appelée moment d'inertie. Cela dépend à la fois de la forme du corps et de la répartition de la masse à l'intérieur de celui-ci et de la distance à l'axe de rotation. Pour un point matériel il est calculé par la formule :

Si celui externe est nul, alors le système conserve son moment cinétique L¯. Il s'agit d'une autre quantité vectorielle qui, selon la définition, est égale à :

Ici p¯ est une impulsion linéaire.

La loi de conservation du couple L¯ s'écrit habituellement sous la forme suivante :

Où ω est la vitesse angulaire. Il sera discuté plus loin dans l’article.

Cinématique de rotation

Contrairement à la dynamique, cette branche de la physique considère exclusivement des grandeurs importantes liées aux changements temporels de la position des corps dans l'espace. C'est-à-dire que les objets d'étude de la cinématique de rotation sont les vitesses, les accélérations et les angles de rotation.

Commençons par introduire la vitesse angulaire. Il s’agit de l’angle de rotation d’un corps par unité de temps. La formule de la vitesse angulaire instantanée est :

Si le corps tourne selon des angles égaux à des intervalles de temps égaux, alors la rotation est dite uniforme. La formule de la vitesse angulaire moyenne est valable pour cela :

ω est mesuré en radians par seconde, ce qui dans le système SI correspond aux secondes réciproques (s -1).

En cas de rotation inégale, la notion d'accélération angulaire α est utilisée. Il détermine le taux de variation dans le temps de la valeur ω, soit :

α = dω/dt = d 2 θ/dt 2

α est mesuré en radians par seconde carrée (en SI - s -2).

Si le corps tournait initialement uniformément avec une vitesse ω 0, puis commençait à augmenter sa vitesse avec une accélération constante α, alors un tel mouvement peut être décrit par la formule suivante :

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Cette égalité est obtenue en intégrant les équations de vitesse angulaire au cours du temps. La formule de θ permet de calculer le nombre de tours que le système effectuera autour de l'axe de rotation au temps t.

Vitesses linéaires et angulaires

Les deux vitesses sont liées l’une à l’autre. Lorsqu'ils parlent de vitesse de rotation autour d'un axe, ils peuvent désigner à la fois des caractéristiques linéaires et angulaires.

Supposons qu'un certain point matériel tourne autour d'un axe à une distance r avec une vitesse ω. Alors sa vitesse linéaire v sera égale à :

La différence entre la vitesse linéaire et angulaire est significative. Ainsi, avec une rotation uniforme, ω ne dépend pas de la distance à l'axe, mais la valeur de v augmente linéairement avec l'augmentation de r. Dernier fait explique pourquoi, à mesure que le rayon de rotation augmente, il est plus difficile de maintenir le corps sur une trajectoire circulaire (sa vitesse linéaire et, par conséquent, les forces d'inertie augmentent).

La tâche de calculer la vitesse de rotation autour de l'axe de la Terre

Tout le monde sait que notre planète est en système solaire effectue deux types de mouvements de rotation :

• autour de son axe ;
• autour de l'étoile.

Calculons les vitesses ω et v pour la première d'entre elles.

La vitesse angulaire n'est pas difficile à déterminer. Pour ce faire, rappelez-vous que la planète effectue un tour complet égal à 2*pi radians en 24 heures (la valeur exacte est de 23 heures 56 minutes 4,1 secondes). Alors la valeur de ω sera égale à :

ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 rad/s

La valeur calculée est petite. Montrons maintenant à quel point la valeur absolue de ω diffère de celle de v.

Calculons la vitesse linéaire v pour les points situés à la surface de la planète à la latitude de l'équateur. Puisque la Terre est une boule aplatie, le rayon équatorial est légèrement plus grand que le rayon polaire. Elle fait 6378 km. En utilisant la formule de connexion de deux vitesses, on obtient :

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

La vitesse résultante est de 1 670 km/h, ce qui est supérieur à la vitesse du son dans l’air (1 235 km/h).

La rotation de la Terre autour de son axe conduit à l'apparition de la force dite de Coriolis, qui doit être prise en compte lors du vol. missiles balistiques. C'est aussi la cause de beaucoup phénomènes atmosphériques, par exemple, les déviations dans la direction des alizés vers l'ouest.

La Terre est constamment en mouvement, tournant autour du Soleil et autour de son propre axe. Ce mouvement et l'inclinaison constante de l'axe de la Terre (23,5°) déterminent de nombreux effets que nous observons comme des phénomènes normaux : la nuit et le jour (dus à la rotation de la Terre sur son axe), le changement des saisons (du au inclinaison de l'axe de la Terre) et des climats différents selon les régions. Les globes peuvent pivoter et leur axe est incliné comme l'axe de la Terre (23,5°). Ainsi, à l'aide d'un globe, vous pouvez suivre avec assez de précision le mouvement de la Terre autour de son axe, et avec l'aide du système Terre-Soleil, vous pouvez peut retracer le mouvement de la Terre autour du Soleil.

Rotation de la Terre autour de son axe

La Terre tourne sur son propre axe d’ouest en est (dans le sens inverse des aiguilles d’une montre vue du pôle Nord). Il faut à la Terre 23 heures, 56 minutes et 4,09 secondes pour effectuer une rotation complète sur son propre axe. Le jour et la nuit sont provoqués par la rotation de la Terre. La vitesse angulaire de rotation de la Terre autour de son axe, ou l'angle selon lequel n'importe quel point de la surface de la Terre tourne, est la même. Il fait 15 degrés en une heure. Mais la vitesse linéaire de rotation n’importe où à l’équateur est d’environ 1 669 kilomètres par heure (464 m/s), diminuant jusqu’à zéro aux pôles. Par exemple, la vitesse de rotation à 30° de latitude est de 1445 km/h (400 m/s).
Nous ne remarquons pas la rotation de la Terre pour la simple raison qu'en parallèle et simultanément avec nous tous les objets autour de nous se déplacent à la même vitesse et qu'il n'y a pas de mouvements « relatifs » des objets autour de nous. Si, par exemple, un navire se déplace uniformément, sans accélération ni freinage, sur la mer par temps calme et sans vagues à la surface de l'eau, nous ne ressentirons pas du tout comment un tel navire se déplace si nous sommes dans une cabine sans hublot, puisque tous les objets à l'intérieur de la cabine seront déplacés parallèlement à nous et au navire.

Mouvement de la Terre autour du Soleil

Alors que la Terre tourne sur son propre axe, elle tourne également autour du Soleil d’ouest en est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre lorsqu’elle est vue depuis le pôle nord. Il faut à la Terre une année sidérale (environ 365,2564 jours) pour effectuer une révolution complète autour du Soleil. La trajectoire de la Terre autour du Soleil s'appelle l'orbite terrestre. et cette orbite n'est pas parfaitement ronde. La distance moyenne de la Terre au Soleil est d'environ 150 millions de kilomètres, et cette distance varie jusqu'à 5 millions de kilomètres, formant une petite orbite ovale (ellipse). Le point de l’orbite terrestre le plus proche du Soleil est appelé périhélie. La Terre dépasse ce point début janvier. Le point de l’orbite terrestre le plus éloigné du Soleil s’appelle Aphélie. La Terre dépasse ce point début juillet.
Étant donné que notre Terre se déplace autour du Soleil le long d'une trajectoire elliptique, la vitesse le long de l'orbite change. En juillet, la vitesse est minimale (29,27 km/sec) et après avoir dépassé l'aphélie (point rouge supérieur dans l'animation) elle commence à accélérer, et en janvier la vitesse est maximale (30,27 km/sec) et commence à ralentir après le passage. périhélie (point rouge inférieur).
Pendant que la Terre fait un tour autour du Soleil, elle parcourt une distance égale à 942 millions de kilomètres en 365 jours, 6 heures, 9 minutes et 9,5 secondes, c'est-à-dire que nous nous précipitons avec la Terre autour du Soleil à une vitesse moyenne de 30 km par seconde (ou 107 460 km par heure), et en même temps la Terre tourne autour de son propre axe une fois toutes les 24 heures (365 fois par an).
En fait, si l'on considère plus scrupuleusement le mouvement de la Terre, il est beaucoup plus complexe, puisque la Terre est influencée par divers facteurs : la rotation de la Lune autour de la Terre, l'attraction d'autres planètes et étoiles.

Notre planète est constamment en mouvement :

• rotation autour de son propre axe, mouvement autour du Soleil ;
• rotation avec le Soleil autour du centre de notre galaxie ;
• mouvement par rapport au centre du groupe local de galaxies et autres.

Mouvement de la Terre autour de son propre axe

Rotation de la Terre autour de son axe(Fig. 1). L'axe de la Terre est considéré comme une ligne imaginaire autour de laquelle elle tourne. Cet axe est dévié de 23°27" par rapport à la perpendiculaire au plan de l'écliptique. L'axe de la Terre coupe la surface de la Terre en deux points - les pôles - Nord et Sud. Vu du pôle Nord, la rotation de la Terre se produit dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ou , comme on le croit généralement, d'ouest en est. La planète effectue une rotation complète autour de son axe en une journée.

Riz. 1. Rotation de la Terre autour de son axe

Un jour est une unité de temps. Il y a des jours sidéraux et solaires.

Jour sidéral- c'est la période de temps pendant laquelle la Terre va tourner autour de son axe par rapport aux étoiles. Ils sont égaux à 23 heures 56 minutes 4 secondes.

Journée ensoleillée- c'est la période de temps pendant laquelle la Terre tourne autour de son axe par rapport au Soleil.

L'angle de rotation de notre planète autour de son axe est le même à toutes les latitudes. En une heure, chaque point de la surface terrestre se déplace de 15° par rapport à sa position d'origine. Mais en même temps, la vitesse du mouvement va dans le sens opposé. dépendance proportionnelle sur la latitude géographique : à l'équateur elle est de 464 m/s, et à une latitude de 65° elle n'est que de 195 m/s.

La rotation de la Terre autour de son axe en 1851 a été prouvée dans son expérience par J. Foucault. A Paris, au Panthéon, sous le dôme était accroché un pendule, et sous lui un cercle à divisions. À chaque mouvement ultérieur, le pendule aboutissait à de nouvelles divisions. Cela ne peut se produire que si la surface de la Terre sous le pendule tourne. La position du plan d'oscillation du pendule à l'équateur ne change pas, car le plan coïncide avec le méridien. La rotation axiale de la Terre a des conséquences géographiques importantes.

Lorsque la Terre tourne, la force centrifuge apparaît, qui joue un rôle important dans la formation de la forme de la planète et réduit la force de gravité.

Une autre des conséquences les plus importantes de la rotation axiale est la formation d'une force de rotation - Forces de Coriolis. Dans le 19ème siècle il a été calculé pour la première fois par un scientifique français dans le domaine de la mécanique G. Coriolis (1792-1843). C'est une des forces d'inertie introduites pour prendre en compte l'influence de la rotation d'un référentiel mobile sur le mouvement relatif d'un point matériel. Son effet peut être brièvement exprimé comme suit : tout corps en mouvement dans l'hémisphère nord est dévié vers la droite, et dans l'hémisphère sud, vers la gauche. A l'équateur, la force de Coriolis est nulle (Fig. 3).

Riz. 3. Action de la force Coriolis

L'action de la force de Coriolis s'étend à de nombreux phénomènes de l'enveloppe géographique. Son effet déflecteur est particulièrement visible dans le sens de la marche masses d'air. Sous l'influence de la force de déviation de la rotation de la Terre, les vents des latitudes tempérées des deux hémisphères prennent principalement une direction occidentale et, dans les latitudes tropicales, une direction orientale. Une manifestation similaire de la force de Coriolis se retrouve dans la direction du mouvement des eaux océaniques. L'asymétrie est également associée à cette force Vallées fluviales(la rive droite est généralement haute dans l'hémisphère nord et la rive gauche dans l'hémisphère sud).

La rotation de la Terre autour de son axe entraîne également le mouvement de l'éclairage solaire le long de la surface de la terre d'est en ouest, c'est-à-dire au changement de jour et de nuit.

Le changement de jour et de nuit crée un rythme quotidien dans la vie et nature inanimée. Le rythme circadien est étroitement lié aux conditions de lumière et de température. Les variations quotidiennes de température, les brises diurnes et nocturnes, etc. sont bien connues. Les rythmes circadiens se produisent également dans la nature vivante - la photosynthèse n'est possible que pendant la journée, la plupart des plantes ouvrent leurs fleurs à des heures différentes ; Certains animaux sont actifs le jour, d’autres la nuit. La vie humaine se déroule également selon un rythme circadien.

Une autre conséquence de la rotation de la Terre autour de son axe est le décalage horaire en différents points de notre planète.

Depuis 1884, l'heure de fuseau a été adoptée, c'est-à-dire que toute la surface de la Terre a été divisée en 24 fuseaux horaires de 15° chacun. Derrière heure normale accepter heure locale le méridien médian de chaque ceinture. L’heure dans les fuseaux horaires voisins diffère d’une heure. Les limites des ceintures sont tracées en tenant compte des frontières politiques, administratives et économiques.

La ceinture zéro est considérée comme la ceinture de Greenwich (du nom de l'Observatoire de Greenwich près de Londres), qui s'étend des deux côtés du méridien d'origine. L'heure du méridien premier, ou premier, est considérée Temps universel.

Le méridien 180° est considéré comme international ligne de date— ligne conditionnelle sur la surface globe, de part et d'autre duquel coïncident les heures et les minutes, et dates du calendrier diffèrent d’un jour.

Pour une utilisation plus rationnelle de la lumière du jour en été, notre pays a introduit en 1930 le temps de la maternité, une heure en avance sur le fuseau horaire. Pour y parvenir, les aiguilles de l’horloge ont été avancées d’une heure. À cet égard, Moscou, étant dans le deuxième fuseau horaire, vit selon l'heure du troisième fuseau horaire.

Depuis 1981, d'avril à octobre, l'heure a été avancée d'une heure. C'est ce qu'on appelle heure d'été. Il est introduit pour économiser de l’énergie. En été, Moscou a deux heures d'avance sur l'heure standard.

L'heure du fuseau horaire dans lequel se trouve Moscou est Moscou.

Mouvement de la Terre autour du Soleil

En tournant autour de son axe, la Terre se déplace simultanément autour du Soleil, faisant le tour du cercle en 365 jours 5 heures 48 minutes 46 secondes. Cette période est appelée année astronomique. Pour plus de commodité, on pense qu'il y a 365 jours dans une année, et tous les quatre ans, lorsque 24 heures sur six heures « s'accumulent », il n'y a pas 365, mais 366 jours dans une année. Cette année s'appelle année bissextile et un jour est ajouté à février.

Le chemin dans l'espace le long duquel la Terre se déplace autour du Soleil est appelé orbite(Fig. 4). L'orbite de la Terre est elliptique, donc la distance entre la Terre et le Soleil n'est pas constante. Quand la Terre est dans périhélie(du grec péri- près, près et Hélios- Soleil) - le point de l'orbite le plus proche du Soleil - le 3 janvier, la distance est de 147 millions de km. C'est actuellement l'hiver dans l'hémisphère Nord. La plus grande distance du Soleil en aphélie(du grec aro- loin de et Hélios- Soleil) - la plus grande distance du Soleil - 5 juillet. Cela équivaut à 152 millions de km. C'est l'été dans l'hémisphère Nord en ce moment.

Riz. 4. Le mouvement de la Terre autour du Soleil

Le mouvement annuel de la Terre autour du Soleil est observé par le changement continu de la position du Soleil dans le ciel - l'altitude du Soleil à midi et la position de son lever et de son coucher du soleil changent, la durée des parties claires et sombres de le jour change.

Lors d'un déplacement en orbite, la direction de l'axe terrestre ne change pas, il est toujours dirigé vers l'étoile polaire.

En raison des changements de distance entre la Terre et le Soleil, ainsi que de l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport au plan de son mouvement autour du Soleil, une répartition inégale du rayonnement solaire est observée sur Terre tout au long de l'année. C'est ainsi que se produit le changement des saisons, caractéristique de toutes les planètes dont l'axe de rotation est incliné par rapport au plan de son orbite. (écliptique) différent de 90°. La vitesse orbitale de la planète dans l’hémisphère Nord est plus élevée heure d'hiver et moins en été. Par conséquent, le semestre d’hiver dure 179 jours et le semestre d’été 186 jours.

En raison du mouvement de la Terre autour du Soleil et de l'inclinaison de l'axe de la Terre de 66,5° par rapport au plan de son orbite, notre planète connaît non seulement un changement de saisons, mais également un changement dans la durée du jour et de la nuit.

La rotation de la Terre autour du Soleil et le changement des saisons sur Terre sont représentés sur la Fig. 81 (équinoxes et solstices selon les saisons de l'hémisphère Nord).

Seulement deux fois par an - les jours d'équinoxe, la durée du jour et de la nuit sur toute la Terre est presque la même.

Équinoxe- le moment où le centre du Soleil, lors de son mouvement annuel apparent le long de l'écliptique, traverse l'équateur céleste. Il y a des équinoxes de printemps et d'automne.

L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre autour du Soleil les jours des équinoxes du 20 au 21 mars et du 22 au 23 septembre s'avère neutre par rapport au Soleil, et les parties de la planète qui lui font face sont uniformément éclairées du pôle au poteau (Fig. 5). Les rayons du soleil tombent verticalement à l'équateur.

Le jour le plus long et la nuit la plus courte se produisent le jour solstice d'été.

Riz. 5. Illumination de la Terre par le Soleil les jours de l'équinoxe

Solstice- le moment où le centre du Soleil passe par les points de l'écliptique les plus éloignés de l'équateur (points du solstice). Il y a des solstices d'été et d'hiver.

Le jour du solstice d'été, les 21 et 22 juin, la Terre occupe une position dans laquelle l'extrémité nord de son axe est inclinée vers le Soleil. Et les rayons tombent verticalement non pas sur l'équateur, mais sur le tropique nord, dont la latitude est de 23°27". Non seulement les régions polaires sont éclairées 24 heures sur 24, mais aussi l'espace au-delà jusqu'à une latitude de 66°. 33" (le cercle polaire). À l'heure actuelle, dans l'hémisphère sud, seule la partie située entre l'équateur et le cercle arctique sud (66°33") est éclairée. Au-delà, la surface de la Terre n'est pas éclairée ce jour-là.

En un jour solstice d'hiver Les 21 et 22 décembre, tout se passe à l'envers (Fig. 6). Les rayons du soleil tombent déjà verticalement sur les tropiques du sud. Les zones éclairées dans l’hémisphère sud ne se situent pas seulement entre l’équateur et les tropiques, mais aussi autour du pôle Sud. Cette situation perdure jusqu'à l'équinoxe de printemps.

Riz. 6. Illumination de la Terre au solstice d'hiver

Sur deux parallèles de la Terre, les jours de solstice, le Soleil à midi est directement au-dessus de la tête de l’observateur, c’est-à-dire au zénith. De tels parallèles sont appelés les tropiques. Dans le tropique nord (23° N), le Soleil est à son zénith le 22 juin, dans le tropique sud (23° S) le 22 décembre.

A l'équateur, le jour est toujours égal à la nuit. L'angle d'incidence des rayons du soleil sur la surface de la terre et la durée du jour y changent peu, de sorte que le changement de saison n'est pas prononcé.

Cercles arctiques remarquables dans la mesure où ce sont les limites des zones où il y a des jours et des nuits polaires.

Journée polaire- la période pendant laquelle le Soleil ne descend pas sous l'horizon. Plus le pôle est éloigné du cercle polaire arctique, plus la journée polaire est longue. À la latitude du cercle polaire arctique (66,5°), cela ne dure qu'un jour, et au pôle, 189 jours. Dans l'hémisphère Nord, à la latitude du cercle polaire arctique, la journée polaire est observée le 22 juin, jour du solstice d'été, et dans l'hémisphère sud, à la latitude du cercle arctique sud, le 22 décembre.

nuit polaire dure d'un jour à la latitude du cercle polaire arctique à 176 jours aux pôles. Durant la nuit polaire, le Soleil n'apparaît pas au-dessus de l'horizon. Dans l'hémisphère Nord, à la latitude du cercle polaire arctique, ce phénomène est observé le 22 décembre.

Il est impossible de ne pas le remarquer phénomène miraculeux la nature, comme les nuits blanches. nuit blanche- ce sont des nuits lumineuses au début de l'été, lorsque l'aube du soir converge avec le matin et que le crépuscule dure toute la nuit. On les observe dans les deux hémisphères à des latitudes supérieures à 60°, lorsque le centre du Soleil à minuit ne descend pas plus de 7° sous l'horizon. À Saint-Pétersbourg (environ 60° N), les nuits blanches durent du 11 juin au 2 juillet, à Arkhangelsk (64° N) - du 13 mai au 30 juillet.

Le rythme saisonnier lié au mouvement annuel affecte principalement l'éclairage de la surface terrestre. En fonction du changement de hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon sur Terre, il y a cinq zones d'éclairage. Ceinture chaude se situe entre les tropiques du Nord et du Sud (tropique du Cancer et tropique du Capricorne), occupe 40 % de la surface terrestre et diffère le plus grand nombre chaleur provenant du Soleil. Entre les tropiques et Cercles arctiques dans les hémisphères sud et nord sont les zones tempéréeséclairage Les saisons de l'année sont déjà exprimées ici : plus on s'éloigne des tropiques, plus l'été est court et frais, plus long et hiver plus froid. Les zones polaires des hémisphères nord et sud sont limitées par le cercle polaire arctique. Ici, la hauteur du Soleil au-dessus de l’horizon est faible tout au long de l’année, la quantité de chaleur solaire est donc minime. Les zones polaires sont caractérisées par des jours et des nuits polaires.

Non seulement le changement des saisons et l'irrégularité de l'éclairage de la surface de la Terre selon les latitudes dépendent du mouvement annuel de la Terre autour du Soleil, mais aussi une partie importante des processus en enveloppe géographique: changements saisonniers du temps, régime des rivières et des lacs, rythme de vie des plantes et des animaux, types et calendrier des travaux agricoles.

Calendrier.Calendrier- un système de calcul de longues périodes de temps. Ce système est basé sur des phénomènes naturels périodiques associés au mouvement des corps célestes. Le calendrier utilise des phénomènes astronomiques - le changement des saisons, du jour et de la nuit, le changement phases lunaires. Le premier calendrier était égyptien, créé au IVe siècle. avant JC e. Le 1er janvier 45, Jules César introduisit le calendrier julien, toujours utilisé par les Russes. église orthodoxe. En raison du fait que la durée de l'année julienne est de 11 minutes 14 secondes plus longue que l'année astronomique, au 16ème siècle. une "erreur" de 10 jours accumulés - le jour de l'équinoxe de printemps n'est pas tombé le 21 mars, mais le 11 mars. Cette erreur fut corrigée en 1582 par décret du pape Grégoire XIII. Le décompte des jours a été avancé de 10 jours, et le lendemain du 4 octobre a été prescrit pour être considéré comme le vendredi, mais pas le 5 octobre, mais le 15 octobre. L'équinoxe de printemps a de nouveau été ramené au 21 mars et le calendrier a commencé à être appelé calendrier grégorien. Il a été introduit en Russie en 1918. Cependant, il présente également un certain nombre d'inconvénients : durée inégale des mois (28, 29, 30, 31 jours), inégalité des trimestres (90, 91, 92 jours), incohérence du nombre de mois par jour de la semaine.

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 )))\right)\omega ), Où R e (\ displaystyle R_ (e))= 6378,1 km - rayon équatorial, R p ( displaystyle R_ (p))= 6356,8 km - rayon polaire.

• Un avion volant à cette vitesse d'est en ouest (à une altitude de 12 km : 936 km/h à la latitude de Moscou, 837 km/h à la latitude de Saint-Pétersbourg) sera au repos dans le référentiel inertiel.
• La superposition de la rotation de la Terre autour de son axe avec une période d'un jour sidéral et autour du Soleil avec une période d'un an conduit à l'inégalité des jours solaires et sidéraux : la durée du jour solaire moyen est exactement de 24 heures, soit 3 minutes 56 secondes de plus que le jour sidéral.

Signification physique et confirmation expérimentale

La signification physique de la rotation de la Terre autour de son axe

Tout mouvement étant relatif, il est nécessaire d'indiquer un système de référence spécifique par rapport auquel le mouvement d'un corps particulier est étudié. Quand ils disent que la Terre tourne autour d'un axe imaginaire, cela signifie qu'elle effectue un mouvement de rotation par rapport à tout référentiel inertiel, et la période de cette rotation est égale à un jour sidéral - la période d'une révolution complète de la Terre ( sphère céleste) par rapport à la sphère céleste (Terre).

Toutes les preuves expérimentales de la rotation de la Terre autour de son axe se résument à la preuve que le système de référence associé à la Terre est un système de référence non inertiel d'un type spécial - un système de référence qui effectue un mouvement de rotation par rapport aux systèmes de référence inertiels.

Contrairement au mouvement inertiel (c'est-à-dire un mouvement rectiligne uniforme par rapport aux référentiels inertiels), pour détecter le mouvement non inertiel d'un laboratoire fermé, il n'est pas nécessaire de faire des observations de corps externes - un tel mouvement est détecté à l'aide d'expériences locales (c'est-à-dire expériences réalisées au sein de ce laboratoire). Dans ce sens du terme, le mouvement non inertiel, y compris la rotation de la Terre autour de son axe, peut être qualifié d'absolu.

Forces d'inertie

Effets de la force centrifuge

Dépendance de l'accélération de la chute libre à la latitude géographique. Les expériences montrent que l'accélération de la chute libre dépend de la latitude géographique : plus elle est proche du pôle, plus elle est grande. Ceci s'explique par l'action de la force centrifuge. Premièrement, les points de la surface terrestre situés à des latitudes plus élevées sont plus proches de l'axe de rotation et, par conséquent, à l'approche du pôle, la distance r (style d'affichage r) diminue à partir de l’axe de rotation pour atteindre zéro au pôle. Deuxièmement, avec l'augmentation de la latitude, l'angle entre le vecteur force centrifuge et le plan de l'horizon diminue, ce qui entraîne une diminution de la composante verticale de la force centrifuge.

Ce phénomène a été découvert en 1672, lorsque l'astronome français Jean Richet, lors d'une expédition en Afrique, a découvert que l'horloge à pendule à l'équateur tourne plus lentement qu'à Paris. Newton expliqua bientôt cela en disant que la période d'oscillation d'un pendule est inversement proportionnelle à la racine carrée de l'accélération due à la gravité, qui diminue à l'équateur sous l'action de la force centrifuge.

Oblatitude de la Terre. L'influence de la force centrifuge conduit à l'aplatissement de la Terre aux pôles. Ce phénomène, prédit par Huygens et Newton à la fin du XVIIe siècle, a été découvert pour la première fois par Pierre de Maupertuis à la fin des années 1730 grâce au traitement des données de deux expéditions françaises spécialement équipées pour résoudre ce problème au Pérou (dirigées par Pierre Bouguer et Charles de la Condamine) et la Laponie (sous la houlette d'Alexis Clairaut et Maupertuis lui-même).

Effets de force de Coriolis : expériences en laboratoire

Cet effet devrait s'exprimer le plus clairement aux pôles, où la période de rotation complète du plan du pendule est égale à la période de rotation de la Terre autour de son axe (jour sidéral). En général, la période est inversement proportionnelle au sinus de la latitude géographique ; à l'équateur, le plan d'oscillation du pendule est inchangé.

Gyroscope- un corps en rotation avec un moment d'inertie important conserve son moment cinétique s'il n'y a pas de fortes perturbations. Foucault, fatigué d'expliquer ce qui arrive à un pendule de Foucault qui n'est pas au pôle, a développé une autre démonstration : un gyroscope suspendu maintenait son orientation, ce qui signifie qu'il tournait lentement par rapport à l'observateur.

Déviation des projectiles lors du tir des armes à feu. Une autre manifestation observable de la force de Coriolis est la déviation des trajectoires des projectiles (vers la droite dans l'hémisphère nord, vers la gauche dans l'hémisphère sud) tirés dans une direction horizontale. Du point de vue du référentiel inertiel, pour les projectiles tirés le long du méridien, cela est dû à la dépendance de la vitesse linéaire de rotation de la Terre à la latitude géographique : lors du passage de l'équateur au pôle, le projectile conserve le composante horizontale de la vitesse inchangée, tandis que la vitesse linéaire de rotation des points à la surface terrestre diminue, ce qui entraîne un déplacement du projectile du méridien dans le sens de la rotation de la Terre. Si le tir a été tiré parallèlement à l'équateur, le déplacement du projectile par rapport au parallèle est dû au fait que la trajectoire du projectile se situe dans le même plan que le centre de la Terre, tandis que les points à la surface de la Terre se déplacent dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la Terre. Cet effet (dans le cas du tir le long du méridien) a été prédit par Grimaldi dans les années 40 du XVIIe siècle. et publié pour la première fois par Riccioli en 1651.

Déviation des corps en chute libre par rapport à la verticale. ( ) Si la vitesse de déplacement du corps a une composante verticale importante, la force de Coriolis est dirigée vers l'est, ce qui entraîne une déviation correspondante de la trajectoire du corps en chute libre (sans vitesse initiale) d'une haute tour. Considéré dans un référentiel inertiel, l'effet s'explique par le fait que le sommet de la tour par rapport au centre de la Terre se déplace plus rapidement que la base, grâce à quoi la trajectoire du corps s'avère être une parabole étroite et le corps est légèrement en avant de la base de la tour.

L'effet Eötvös. Aux basses latitudes, la force de Coriolis, lorsqu'elle se déplace le long de la surface terrestre, est dirigée dans le sens vertical et son action entraîne une augmentation ou une diminution de l'accélération de la gravité, selon que le corps se déplace vers l'ouest ou l'est. Cet effet est appelé effet Eötvös en l'honneur du physicien hongrois Loránd Eötvös, qui l'a découvert expérimentalement au début du XXe siècle.

Expériences utilisant la loi de conservation du moment cinétique. Certaines expériences sont basées sur la loi de conservation du moment cinétique : dans un référentiel inertiel, la grandeur du moment cinétique (égale au produit du moment d'inertie et de la vitesse angulaire de rotation) ne change pas sous l'influence des forces internes . Si à un instant initial l'installation est stationnaire par rapport à la Terre, alors la vitesse de sa rotation par rapport au référentiel inertiel est égale à la vitesse angulaire de rotation de la Terre. Si vous modifiez le moment d'inertie du système, alors la vitesse angulaire de sa rotation devrait changer, c'est-à-dire que la rotation par rapport à la Terre commencera. Dans un référentiel non inertiel associé à la Terre, la rotation se produit sous l'effet de la force de Coriolis. Cette idée a été proposée par le scientifique français Louis Poinsot en 1851.

La première expérience de ce type a été réalisée par Hagen en 1910 : deux poids sur une barre transversale lisse ont été installés immobiles par rapport à la surface de la Terre. Ensuite, la distance entre les charges a été réduite. En conséquence, l’installation a commencé à tourner. Une expérience encore plus démonstrative a été réalisée par le scientifique allemand Hans Bucka en 1949. Une tige d'environ 1,5 mètre de long a été installée perpendiculairement à un cadre rectangulaire. Initialement, la tige était horizontale, l'installation était immobile par rapport à la Terre. Ensuite, la tige a été amenée en position verticale, ce qui a entraîné une modification du moment d'inertie de l'installation d'environ 10 4 fois et sa rotation rapide avec une vitesse angulaire 10 4 fois supérieure à la vitesse de rotation de la Terre.

Entonnoir dans le bain.

Étant donné que la force de Coriolis est très faible, elle a un effet négligeable sur la direction du tourbillon de l'eau lors de la vidange d'un évier ou d'une baignoire. Ainsi, en général, le sens de rotation dans l'entonnoir n'est pas lié à la rotation de la Terre. Ce n'est que dans des expériences soigneusement contrôlées que l'effet de la force de Coriolis peut être séparé des autres facteurs : dans l'hémisphère nord, l'entonnoir tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, dans l'hémisphère sud, vice versa.

Effets de force de Coriolis : phénomènes dans la nature environnante

Expériences optiques

Un certain nombre d'expériences démontrant la rotation de la Terre sont basées sur l'effet Sagnac : si un interféromètre en anneau effectue un mouvement de rotation, alors en raison des effets relativistes, une différence de phase apparaît dans les faisceaux contra-propagatifs.

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

Où UNE (style d'affichage A)- zone de projection de l'anneau sur le plan équatorial (le plan perpendiculaire à l'axe de rotation), c (style d'affichage c)- vitesse de la lumière, ω ( displaystyle omega )- vitesse angulaire de rotation. Pour démontrer la rotation de la Terre, cet effet a été utilisé par le physicien américain Michelson dans une série d'expériences réalisées en 1923-1925. Dans les expériences modernes utilisant l'effet Sagnac, la rotation de la Terre doit être prise en compte pour calibrer les interféromètres en anneau.

Il existe un certain nombre d'autres démonstrations expérimentales rotation quotidienne Terre.

Rotation inégale

Précession et nutation

Histoire de l'idée de la rotation quotidienne de la Terre

Antiquité

L'explication de la rotation quotidienne du ciel par la rotation de la Terre autour de son axe a été proposée pour la première fois par des représentants de l'école pythagoricienne, les Syracusains Hicetus et Ecphantus. Selon certaines reconstructions, la rotation de la Terre aurait également été confirmée par le pythagoricien Philolaus de Crotone (Ve siècle avant JC). Une affirmation qui peut être interprétée comme une indication de la rotation de la Terre est contenue dans le dialogue de Platon Timée .

Cependant, on ne sait pratiquement rien d’Hicetas et d’Ecphantes, et même leur existence même est parfois remise en question. Selon l’opinion de la plupart des scientifiques, la Terre dans le système mondial de Philolaus n’a pas effectué un mouvement de rotation, mais un mouvement de translation autour du Feu Central. Dans ses autres œuvres, Platon suit la vision traditionnelle selon laquelle la Terre est immobile. Cependant, de nombreuses preuves nous sont parvenues que l'idée de la rotation de la Terre a été défendue par le philosophe Héraclide du Pont (IVe siècle avant JC). Probablement, une autre hypothèse d'Héraclide est associée à l'hypothèse de la rotation de la Terre autour de son axe : chaque étoile représente un monde, comprenant la terre, l'air, l'éther, et tout cela est situé dans un espace infini. En effet, si la rotation quotidienne du ciel est le reflet de la rotation de la Terre, alors la condition préalable pour considérer les étoiles comme étant sur la même sphère disparaît.

Environ un siècle plus tard, l'hypothèse de la rotation de la Terre fait partie de la première, proposée par le grand astronome Aristarque de Samos (IIIe siècle avant JC). Aristarque était soutenu par le Babylonien Séleucus (IIe siècle avant JC), ainsi que par Héraclide du Pont, qui considérait l'Univers comme infini. Le fait que l'idée de la rotation quotidienne de la Terre avait ses partisans au 1er siècle après JC. e., en témoigne certaines déclarations des philosophes Sénèque, Dercyllidas et de l'astronome Claudius Ptolémée. La grande majorité des astronomes et des philosophes ne doutaient cependant pas de l’immobilité de la Terre.

Des arguments contre l'idée du mouvement de la Terre se trouvent dans les œuvres d'Aristote et de Ptolémée. Ainsi, dans son traité À propos du paradis Aristote justifie l'immobilité de la Terre par le fait que sur une Terre en rotation, les corps projetés verticalement vers le haut ne pourraient pas tomber jusqu'au point à partir duquel leur mouvement a commencé : la surface de la Terre se déplacerait sous le corps lancé. Un autre argument en faveur de l'immobilité de la Terre, donné par Aristote, repose sur sa théorie physique : la Terre est un corps lourd, et les corps lourds ont tendance à se déplacer vers le centre du monde, et non à tourner autour de lui.

Il résulte des travaux de Ptolémée que les partisans de l'hypothèse de la rotation de la Terre ont répondu à ces arguments selon lesquels l'air et tous les objets terrestres se déplacent avec la Terre. Apparemment, le rôle de l'air dans cet argument est fondamentalement important, puisqu'il est sous-entendu que c'est son mouvement avec la Terre qui cache la rotation de notre planète. Ptolémée s'y oppose :

les corps dans les airs sembleront toujours à la traîne... Et si les corps tournaient avec l'air dans leur ensemble, alors aucun d'entre eux ne semblerait être devant ou derrière l'autre, mais resterait en place, en vol et en lançant elle ne ferait pas de déviations ou de mouvements vers un autre endroit, comme ceux que nous voyons personnellement se produire, et ils ne ralentiraient ni n'accéléreraient du tout, parce que la Terre n'est pas immobile.

Moyen-âge

Inde

Le premier auteur médiéval à suggérer que la Terre tourne autour de son axe fut le grand astronome et mathématicien indien Aryabhata (fin du Ve - début du VIe siècle). Il le formule à plusieurs endroits dans son traité Aryabhatiya, Par exemple:

Tout comme un homme sur un navire qui avance voit des objets fixes reculer, de même un observateur... voit les étoiles fixes se déplacer en ligne droite vers l'ouest.

On ne sait pas si cette idée appartient à Aryabhata lui-même ou s'il l'a empruntée aux anciens astronomes grecs.

Aryabhata n'était soutenue que par un seul astronome, Prthudaka (IXe siècle). La plupart des scientifiques indiens défendaient l’immobilité de la Terre. Ainsi, l'astronome Varahamihira (VIe siècle) a soutenu que sur une Terre en rotation, les oiseaux volant dans les airs ne pourraient pas retourner à leurs nids et que les pierres et les arbres s'envoleraient de la surface de la Terre. L'éminent astronome Brahmagupta (VIe siècle) a également répété le vieil argument selon lequel un corps tombant de haute montagne, mais pourrait couler jusqu'à sa base. Dans le même temps, il rejetait cependant l’un des arguments de Varahamihira : selon lui, même si la Terre tournait, les objets ne pourraient pas s’en détacher en raison de leur gravité.

Orient islamique

La possibilité d'une rotation de la Terre a été envisagée par de nombreux scientifiques de l'Orient musulman. Ainsi, le célèbre géomètre al-Sijizi a inventé l'astrolabe dont le principe de fonctionnement repose sur cette hypothèse. Certains érudits islamiques (dont les noms ne nous sont pas parvenus) ont même trouvé une manière correcte de réfuter le principal argument contre la rotation de la Terre : la verticalité des trajectoires des corps en chute. Essentiellement, le principe de superposition des mouvements a été avancé, selon lequel tout mouvement peut être décomposé en deux ou plusieurs composantes : par rapport à la surface de la Terre en rotation, le corps en chute se déplace le long fil à plomb, mais le point qui est la projection de cette ligne sur la surface de la Terre serait transféré par sa rotation. En témoigne le célèbre encyclopédiste al-Biruni, qui lui-même était pourtant enclin à l'immobilité de la Terre. À son avis, si une force supplémentaire agit sur un corps en chute, le résultat de son action sur la Terre en rotation entraînera des effets qui ne sont pas réellement observés.

Parmi les scientifiques des XIIIe-XVIe siècles associés aux observatoires de Maragha et de Samarkand, une discussion a éclaté sur la possibilité d'une justification empirique de l'immobilité de la Terre. Ainsi, le célèbre astronome Qutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV siècles) croyait que l'immobilité de la Terre pouvait être vérifiée par l'expérience. D'autre part, le fondateur de l'Observatoire de Maragha, Nasir ad-Din al-Tusi, pensait que si la Terre tournait, alors cette rotation serait divisée par une couche d'air adjacente à sa surface, et tous les mouvements à proximité de la surface de la Terre se produirait exactement de la même manière que si la Terre était immobile. Il l'a étayé à l'aide d'observations de comètes : selon Aristote, les comètes sont phénomène météorologique dans les couches supérieures de l'atmosphère ; cependant, les observations astronomiques montrent que les comètes participent à la rotation quotidienne de la sphère céleste. Par conséquent, les couches supérieures d’air sont emportées par la rotation du ciel, donc les couches inférieures peuvent également être emportées par la rotation de la Terre. Ainsi, l’expérience ne peut pas répondre à la question de savoir si la Terre tourne. Il reste cependant partisan de l’immobilité de la Terre, car cela est conforme à la philosophie d’Aristote.

La plupart des érudits islamiques des temps ultérieurs (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi et d'autres) étaient d'accord avec al-Tusi sur le fait que tous les phénomènes physiques sur une Terre en rotation et stationnaire se produiraient de la même manière. . Cependant, le rôle de l'air n'était plus considéré comme fondamental : non seulement l'air, mais aussi tous les objets sont transportés par la Terre en rotation. Par conséquent, pour justifier l’immobilité de la Terre, il faut faire appel aux enseignements d’Aristote.

Une position particulière dans ces différends a été prise par le troisième directeur de l'Observatoire de Samarkand, Alauddin Ali al-Kushchi (XVe siècle), qui a rejeté la philosophie d'Aristote et a considéré la rotation de la Terre physiquement possible. Au XVIIe siècle, le théologien et encyclopédiste iranien Baha ad-Din al-Amili est arrivé à une conclusion similaire. Selon lui, les astronomes et les philosophes n’ont pas fourni suffisamment de preuves pour réfuter la rotation de la Terre.

Occident latin

Une discussion détaillée de la possibilité du mouvement de la Terre est largement contenue dans les écrits des scolastiques parisiens Jean-Buridan, Albert de Saxe et Nicolas d'Oresme (seconde moitié du XIVe siècle). L'argument le plus important en faveur de la rotation de la Terre, et non du ciel, donné dans leurs travaux, est la petitesse de la Terre par rapport à l'Univers, ce qui amène à attribuer la rotation quotidienne du ciel à l'Univers en plus haut degré non naturel.

Cependant, tous ces scientifiques ont finalement rejeté la rotation de la Terre, même si pour des raisons différentes. Ainsi, Albert de Saxe pensait que cette hypothèse n'était pas capable d'expliquer les phénomènes astronomiques observés. Buridan et Oresme étaient à juste titre en désaccord avec cela, selon lesquels les phénomènes célestes devraient se produire de la même manière, que la rotation soit effectuée par la Terre ou par le Cosmos. Buridan n'a pu trouver qu'un seul argument significatif contre la rotation de la Terre : les flèches tirées verticalement vers le haut tombent le long d'une ligne verticale, bien qu'avec la rotation de la Terre, elles devraient, à son avis, être en retard par rapport au mouvement de la Terre et tomber vers l'ouest. du point de tir.

Mais même cet argument a été rejeté par Oresme. Si la Terre tourne, la flèche vole verticalement vers le haut et se déplace en même temps vers l'est, étant capturée par l'air en rotation avec la Terre. Ainsi, la flèche doit tomber au même endroit d’où elle a été tirée. Bien que le rôle passionnant de l’air soit à nouveau évoqué ici, il ne joue pas vraiment un rôle particulier. L’analogie suivante en témoigne :

De même, si l'air était fermé dans un navire en mouvement, alors pour une personne entourée par cet air, il semblerait que l'air ne bougeait pas... Si une personne se trouvait dans un navire se déplaçant à grande vitesse vers l'est, sans s'en rendre compte mouvement, et s'il étendait sa main en ligne droite le long du mât du navire, il lui semblerait que sa main faisait mouvement rectiligne; de la même manière, selon cette théorie, il nous semble que la même chose arrive à une flèche lorsque nous la tirons verticalement vers le haut ou verticalement vers le bas. À l'intérieur d'un navire se déplaçant à grande vitesse vers l'est, toutes sortes de mouvements peuvent avoir lieu : longitudinaux, transversaux, vers le bas, vers le haut, dans toutes les directions - et ils apparaissent exactement de la même manière que lorsque le navire est à l'arrêt.

Oresme donne ensuite une formulation qui anticipe le principe de relativité :

Je conclus donc qu’il est impossible de démontrer par aucune expérience que le ciel a un mouvement diurne et que la terre n’en a pas.

Cependant, le verdict final d'Oresme sur la possibilité d'une rotation de la Terre fut négatif. La base de cette conclusion était le texte de la Bible :

Cependant, jusqu’à présent, tout le monde soutient et je crois que c’est [le Ciel] et non la Terre qui bouge, car « Dieu a fait le cercle de la Terre qui ne bougera pas », malgré tous les arguments du contraire.

La possibilité d'une rotation quotidienne de la Terre a également été mentionnée par des scientifiques et des philosophes européens médiévaux des temps ultérieurs, mais aucun nouvel argument n'a été ajouté qui ne soit contenu dans Buridan et Oresme.

Ainsi, presque aucun des scientifiques médiévaux n'a accepté l'hypothèse de la rotation de la Terre. Cependant, au cours de la discussion, les scientifiques de l'Est et de l'Ouest ont exprimé de nombreuses pensées profondes, qui seront ensuite répétées par les scientifiques du Nouvel Âge.

Renaissance et Temps Modernes

Dans la première moitié du XVIe siècle, plusieurs ouvrages ont été publiés, affirmant que la cause de la rotation quotidienne du ciel était la rotation de la Terre autour de son axe. L'un d'eux était le traité de l'Italien Celio Calcagnini « Sur le fait que le ciel est immobile et que la Terre tourne, ou sur le mouvement perpétuel de la Terre » (écrit vers 1525, publié en 1544). Il n'a pas fait beaucoup d'impression sur ses contemporains, puisqu'à cette époque avait déjà été publié l'ouvrage fondamental de l'astronome polonais Nicolas Copernic « Sur les rotations des sphères célestes » (1543), où l'hypothèse de la rotation quotidienne de la Terre est devenue partie intégrante du système héliocentrique du monde, comme Aristarque de Samos. . Copernic a déjà exposé ses pensées dans un petit essai manuscrit Petit commentaire(pas avant 1515). Deux ans plus tôt que l'œuvre principale de Copernic, les travaux de l'astronome allemand Georg Joachim Rheticus ont été publiés. Premier récit(1541), où la théorie de Copernic fut largement exposée.

Au XVIe siècle, Copernic était pleinement soutenu par les astronomes Thomas Digges, Rheticus, Christoph Rothmann, Michael Möstlin, les physiciens Giambatista Benedetti, Simon Stevin, le philosophe Giordano Bruno et le théologien Diego de Zuniga. Certains scientifiques ont accepté la rotation de la Terre autour de son axe, rejetant son mouvement de translation. C'était la position de l'astronome allemand Nicolas Reimers, également connu sous le nom d'Ursus, ainsi que des philosophes italiens Andrea Cesalpino et Francesco Patrizi. Le point de vue de l'éminent physicien William Gilbert, qui a soutenu la rotation axiale de la Terre, mais n'en a pas parlé, n'est pas tout à fait clair. mouvement vers l'avant. Au début du XVIIe siècle système héliocentrique Le monde (y compris la rotation de la Terre autour de son axe) a reçu un soutien impressionnant de Galilée Galilei et Johannes Kepler. Les opposants les plus influents à l'idée du mouvement de la Terre au XVIe et au début du XVIIe siècle étaient les astronomes Tycho Brahe et Christopher Clavius.

L'hypothèse sur la rotation de la Terre et la formation de la mécanique classique

Essentiellement, aux XVIe-XVIIe siècles. le seul argument en faveur de la rotation axiale de la Terre était que dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'attribuer d'énormes taux de rotation à la sphère stellaire, car même dans l'Antiquité, il était déjà établi de manière fiable que la taille de l'Univers dépasse largement la taille de la Terre (cet argument était également contenu dans Buridan et Oresme) .

Des considérations basées sur les concepts dynamiques de l’époque ont été exprimées à l’encontre de cette hypothèse. Il s'agit tout d'abord de la verticalité des trajectoires des corps qui tombent. D'autres arguments sont également apparus, par exemple l'égalité de portée de tir dans les directions est et ouest. Répondant à la question sur le caractère inobservable des effets de la rotation quotidienne dans les expériences terrestres, Copernic a écrit :

Non seulement la Terre tourne avec l'élément eau qui lui est connecté, mais aussi une partie considérable de l'air et tout ce qui s'apparente d'une manière ou d'une autre à la Terre, ou à l'air le plus proche de la Terre, saturé de matière terrestre et aqueuse, suit les mêmes lois de la nature que la Terre, ou a acquis un mouvement qui lui est transmis par la Terre adjacente en rotation constante et sans aucune résistance

Ainsi, Le rôle principal L'entraînement de l'air par sa rotation joue un rôle dans l'inobservabilité de la rotation terrestre. La majorité des coperniciens du XVIe siècle partageaient la même opinion.

Les partisans de l'infinité de l'Univers au XVIe siècle étaient également Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrizi - ils soutenaient tous l'hypothèse selon laquelle la Terre tourne autour de son axe (et les deux premiers également autour du Soleil). Christoph Rothmann et Galilée croyaient que les étoiles étaient situées à des distances différentes de la Terre, même s'ils ne parlaient pas explicitement de l'infinité de l'Univers. De son côté, Johannes Kepler niait l’infinité de l’Univers, bien qu’il soit partisan de la rotation de la Terre.

Contexte religieux du débat sur la rotation de la Terre

Un certain nombre d'objections à la rotation de la Terre étaient associées à ses contradictions avec le texte Saintes Écritures. Ces objections étaient de deux types. Premièrement, certains passages de la Bible ont été cités pour confirmer que c'est le Soleil qui fait le mouvement quotidien, par exemple :

Le soleil se lève et le soleil se couche, et se précipite vers l'endroit où il se lève.

Dans ce cas, la rotation axiale de la Terre a été affectée, puisque le mouvement du Soleil d’est en ouest fait partie de la rotation quotidienne du ciel. Un passage du livre de Josué a souvent été cité à ce propos :

Jésus a crié au Seigneur le jour où le Seigneur a livré les Amoréens entre les mains d'Israël, quand il les a vaincus à Gabaon, et ils ont été battus devant les enfants d'Israël, et il a dit devant les Israélites : Lève-toi, ô soleil, sur Gabaon. , et la lune, sur la vallée d'Avalon. !

Puisque l’ordre d’arrêt était donné au Soleil et non à la Terre, on a conclu que c’était le Soleil qui effectuait le mouvement quotidien. D'autres passages ont été cités pour soutenir l'immobilité de la Terre, par exemple :

Tu as posé la terre sur des fondations solides : elle ne sera jamais ébranlée.

Ces passages ont été considérés comme contredisant à la fois l’idée selon laquelle la Terre tourne sur son axe et la révolution autour du Soleil.

Les partisans de la rotation de la Terre (notamment Giordano-Bruno, Johannes-Kepler, et surtout Galilée-Galilei) militent sur plusieurs fronts. Premièrement, ils ont souligné que la Bible était écrite dans un langage compréhensible des gens ordinaires, et si ses auteurs donnaient des formulations claires d'un point de vue scientifique, il ne serait pas en mesure de remplir sa mission religieuse principale. Ainsi, Bruno a écrit :

Dans de nombreux cas, il est insensé et déconseillé de raisonner selon la vérité plutôt que selon le cas et la commodité donnés. Par exemple, si au lieu des mots : « Le soleil naît et se lève, passe midi et se penche vers Aquilon », le sage dit : « La terre forme un cercle vers l'est et, laissant le soleil qui se couche, se penche vers les deux tropiques, du Cancer au Sud, du Capricorne à Aquilon », alors les auditeurs se mettaient à penser : « Comment ? Dit-il que la terre bouge ? De quel genre de nouvelles s'agit-il ? En fin de compte, ils le considéreraient comme un imbécile, et il serait effectivement un imbécile.

Ce genre de réponse a été donnée principalement aux objections concernant le mouvement diurne du Soleil. Deuxièmement, il a été noté que certains passages de la Bible devaient être interprétés de manière allégorique (voir l'article Allégorisme biblique). Ainsi, Galilée a noté que si les Saintes Écritures sont complètement comprises littéralement, alors il s'avère que Dieu a des mains, il est sujet à des émotions telles que la colère, etc. idée principale Les défenseurs de la doctrine du mouvement de la Terre étaient que la science et la religion ont des objectifs différents : la science examine les phénomènes du monde matériel, guidée par les arguments de la raison, le but de la religion est l'amélioration morale de l'homme, son salut. Galilée a cité à cet égard le cardinal Baronio selon lequel la Bible enseigne comment monter au ciel, et non comment le ciel fonctionne.

Ces arguments ont été considérés église catholique peu convaincant, et en 1616 la doctrine de la rotation de la Terre fut interdite, et en 1631 Galilée fut condamné par l'Inquisition pour sa défense. Cependant, en dehors de l’Italie, cette interdiction n’a pas eu d’impact significatif sur le développement de la science et a principalement contribué au déclin de l’autorité de l’Église catholique elle-même.

Il faut ajouter que les arguments religieux contre le mouvement de la Terre ont été avancés non seulement par des chefs d'église, mais aussi par des scientifiques (par exemple Tycho Brahe). D'autre part, le moine catholique Paolo Foscarini a écrit un court essai « Lettre sur les vues des Pythagoriciens et de Copernic sur la mobilité de la Terre et l'immobilité du Soleil et sur le nouveau système pythagoricien de l'univers » (1615), où il exprimait des considérations proches de celles de Galilée, et le théologien espagnol Diego de Zuniga utilisa même la théorie copernicienne pour interpréter certains passages de l'Écriture (bien qu'il changea d'avis par la suite). Ainsi, le conflit entre la théologie et la doctrine du mouvement de la Terre n'était pas tant un conflit entre la science et la religion en tant que telle, mais un conflit entre l'ancien (déjà dépassé au début du XVIIe siècle) et le nouveau. principes méthodologiques, qui sont la base de la science.

L'importance de l'hypothèse sur la rotation de la Terre pour le développement de la science

Compréhension problèmes scientifiques, soulevé par la théorie de la Terre en rotation, a contribué à la découverte des lois de la mécanique classique et à la création d'une nouvelle cosmologie, basée sur l'idée de​​l'infinité de l'Univers. Discutées au cours de ce processus, les contradictions entre cette théorie et la lecture littérale de la Bible ont contribué à la démarcation entre sciences naturelles et religion.

Le monde mystérieux et magique de l’astronomie attire l’attention de l’humanité depuis l’Antiquité. Les gens ont levé la tête vers le ciel étoilé et ont posé des questions éternelles sur pourquoi les étoiles changent de position, pourquoi le jour et la nuit viennent, pourquoi quelque part un blizzard hurle, et quelque part dans le désert il fait plus 50...

Mouvement des luminaires et des calendriers

La plupart des planètes du système solaire tournent autour d’elles-mêmes. En même temps, ils font tous des révolutions autour du Soleil. Certains le font rapidement et rapidement, d’autres lentement et solennellement. La planète Terre ne fait pas exception : elle se déplace constamment dans l’espace. Même dans les temps anciens, les gens, ne connaissant pas les raisons et le mécanisme de ce mouvement, remarquèrent un certain schéma général et commencèrent à compiler des calendriers. Même alors, l'humanité s'intéressait à la question de savoir à quelle vitesse la Terre tourne autour du Soleil.

Le soleil se lève au lever du soleil

Le mouvement de la Terre autour de son axe est le jour terrestre. Et le passage complet de notre planète sur une orbite ellipsoïdale autour de l'étoile est une année civile.

Si tu te tiens debout pôle Nord et dessinez un axe imaginaire passant par la Terre jusqu'au pôle Sud, il s'avère que notre planète se déplace d'ouest en est. Rappelez-vous, dans « Le Conte de la campagne d'Igor », il est dit que « Le soleil se lève au lever du soleil » ? L'Orient se rencontre toujours rayons de soleil avant l'Occident. C'est pourquoi Nouvelle année sur Extrême Orient se produit plus tôt qu'à Moscou.

Dans le même temps, les scientifiques ont déterminé que seuls deux points de notre planète sont dans une position statique par rapport aux pôles Nord et Sud.

Vitesse folle

Tous les autres endroits de la planète sont en perpétuel mouvement. Quelle est la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil ? A l'équateur, elle est la plus élevée et atteint 1670 km/h. Plus près des latitudes moyennes, par exemple en Italie, la vitesse est déjà beaucoup plus faible - 1 200 km par heure. Et plus on est proche des pôles, plus il est de plus en plus petit.

La période de rotation de la Terre autour de son axe est de 24 heures. C'est ce que disent les scientifiques. Nous appelons cela plus simple : un jour.

A quelle vitesse la Terre tourne-t-elle autour du Soleil ?

350 fois plus rapide qu'une voiture de course

En plus de tourner autour de son axe, la Terre effectue également un mouvement elliptique autour d’une étoile appelée Soleil. À quelle vitesse les scientifiques calculent depuis longtemps cet indicateur à l'aide de formules et de calculs complexes. La vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil est de 107 000 kilomètres par heure.

Il est difficile d’imaginer ces chiffres fous et irréalistes. Par exemple, même la voiture la plus course - 300 kilomètres par heure - est 356 fois inférieure à la vitesse de la Terre en orbite.

Il nous semble qu'elle monte et monte, que la Terre est immobile et que l'astre fait un cercle dans le ciel. Très pendant longtemps C’est exactement ce que pensait l’humanité, jusqu’à ce que les scientifiques prouvent que tout se passe dans l’autre sens. Aujourd'hui, même un écolier sait ce qui se passe dans le monde : les planètes se déplacent en douceur et solennellement autour du Soleil, et non l'inverse. La Terre tourne autour du Soleil, et pas du tout comme le croyaient les anciens.

Ainsi, nous avons découvert que la vitesse de rotation de la Terre autour de son axe et du Soleil est respectivement de 1 670 km par heure (à l'équateur) et de 107 000 kilomètres par heure. Wow, nous volons !

Année solaire et sidérale

Cercle complet, ou plutôt ovale ellipsoïdal, la planète Terre fait le tour du Soleil en 356 jours 5 heures 48 minutes 46 secondes. Les astronomes appellent ces chiffres « l’année astrologique ». Ainsi, à la question « Quelle est la fréquence de révolution de la Terre autour du Soleil ? nous répondons simplement et succinctement : « Un an ». Ce chiffre reste inchangé, mais pour une raison quelconque, cela nous arrive tous les quatre ans. année bissextile, qui a encore un jour.

C'est juste que les astronomes conviennent depuis longtemps que les 5 heures et les « kopecks » supplémentaires ne sont pas comptés chaque année, mais ont choisi le numéro de l'année astronomique, qui est un multiple du jour. Ainsi, une année compte 365 jours. Mais pour qu'avec le temps il n'y ait pas d'échec, pour que les rythmes naturels ne changent pas dans le temps, une fois tous les quatre ans, un jour supplémentaire apparaît dans le calendrier de février. Sur une période de 4 ans, ces quarts de jours « se rassemblent » en une journée complète - et nous célébrons une année bissextile. Ainsi, pour répondre à la question de savoir quelle est la fréquence de révolution de la Terre autour du Soleil, n’hésitez pas à dire un an.

Dans le monde scientifique, il existe les concepts d'« année solaire » et d'« année sidérale (sidérale) ». La différence entre eux est d'environ 20 minutes et cela est dû au fait que notre planète se déplace plus rapidement sur son orbite que le Soleil ne revient à l'endroit que les astronomes ont déterminé comme le point de l'équinoxe de printemps. Nous connaissons déjà la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil, et la période complète de révolution de la Terre autour du Soleil est de 1 an.

Jours et années sur d'autres planètes

Les neuf planètes du système solaire ont leurs propres « concepts » sur la vitesse, ce qu'est un jour et ce qu'est une année astronomique.

La planète Vénus, par exemple, tourne sur elle-même en 243 jours terrestres. Pouvez-vous imaginer tout ce que vous pouvez faire là-bas en une journée ? Et combien de temps dure la nuit ?

Mais sur Jupiter, c’est le contraire. Cette planète tourne autour de son axe à une vitesse gigantesque et parvient à tourner à 360 degrés en 9,92 heures.

La vitesse orbitale de la Terre autour du Soleil est d'un an (365 jours), mais celle de Mercure n'est que de 58,6 jours terrestres. Sur Mars, la planète la plus proche de la Terre, la journée dure presque aussi longtemps que sur Terre - 24 heures et demie, mais l'année est presque deux fois plus longue - 687 jours.

La révolution de la Terre autour du Soleil est de 365 jours. Multiplions maintenant ce chiffre par 247,7 et obtenons un an sur la planète Pluton. Un millénaire s'est écoulé pour nous, mais seulement quatre ans se sont écoulés sur la planète la plus éloignée du système solaire.

Ce sont des valeurs paradoxales et des chiffres effrayants par leur ampleur.

Ellipse mystérieuse

Comprendre pourquoi les saisons changent périodiquement sur la planète Terre, pourquoi nous, en voie du milieu, et il fait froid en hiver, il est important non seulement de répondre à la question de savoir à quelle vitesse la Terre tourne autour du Soleil et sur quel chemin. Il est également nécessaire de comprendre comment il procède.

Et elle ne le fait pas en cercle, mais en ellipse. Si nous traçons l'orbite de la Terre autour du Soleil, nous verrons qu'elle est la plus proche du soleil en janvier et la plus éloignée en juillet. Le point le plus proche de l’orbite terrestre est appelé périhélie et le point le plus éloigné est appelé aphélie.

Étant donné que l'axe de la Terre n'est pas dans une position strictement verticale, mais est incliné d'environ 23,4 degrés et que l'angle d'inclinaison par rapport à l'orbite ellipsoïdale augmente jusqu'à 66,3 degrés, il s'avère que dans différentes positions, la Terre expose différents côtés au Soleil.

En raison de l'inclinaison de l'orbite, la Terre se tourne vers l'étoile aux hémisphères différents, d'où le changement de temps. Lorsque l’hiver fait rage dans l’hémisphère nord, l’été chaud s’épanouit dans l’hémisphère sud. Six mois passeront et la situation changera exactement à l'opposé.

Tourne, luminaire terrestre !

Le Soleil tourne-t-il autour de quelque chose ? Bien sûr! Il n’existe pas d’objets absolument immobiles dans l’espace. Toutes les planètes, tous leurs satellites, toutes les comètes et astéroïdes tournent comme sur des roulettes. Bien sûr, différents corps célestes ont des vitesses de rotation et des angles d'inclinaison de leurs axes différents, mais ils sont toujours en mouvement. Et le Soleil, qui est une étoile, ne fait pas exception.

Le système solaire n’est pas un espace clos indépendant. Elle fait partie d’une immense galaxie spirale appelée la Voie Lactée. Elle ne comprend à son tour pas moins de 200 milliards d’étoiles supplémentaires. Le soleil se déplace en cercle par rapport au centre de cette galaxie. Les scientifiques ont également calculé la vitesse de rotation du Soleil autour de l'axe et de la Voie lactée à l'aide d'observations à long terme et de formules mathématiques.

Aujourd'hui, de telles données sont disponibles. Son cycle complet de mouvement circulaire autour voie Lactée Le soleil met 226 millions d'années à traverser. En science astronomique, ce chiffre est appelé « année galactique ». De plus, si nous imaginons la surface de la galaxie comme plate, alors notre étoile effectue de légères oscillations, de haut en bas, apparaissant alternativement dans les hémisphères nord et sud de la Voie lactée. La fréquence de ces fluctuations est de 30 à 35 millions d'années.

Les scientifiques pensent que le Soleil a réussi à faire 30 tours complets autour de la Voie lactée au cours de l'existence de la Galaxie. Ainsi, le Soleil n’a vécu jusqu’à présent que 30 années galactiques. C’est en tout cas ce que disent les scientifiques.

La plupart des scientifiques pensent que la vie sur Terre a commencé il y a 252 millions d’années. Ainsi, on peut affirmer que les premiers organismes vivants sur Terre sont apparus lorsque le Soleil a effectué sa 29e révolution autour de la Voie lactée, c'est-à-dire au cours de la 29e année de sa vie galactique.

Le corps et les gaz se déplacent à des vitesses différentes

Nous avons beaucoup appris faits intéressants. Nous connaissons déjà la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil, nous avons découvert quelle est l'année astronomique et galactique, à quelle vitesse la Terre et le Soleil se déplacent sur leurs orbites, et maintenant nous allons déterminer à quelle vitesse le Soleil tourne autour de son axe.

Le fait que le Soleil tourne a été remarqué par des chercheurs anciens. Ils y apparaissaient et disparaissaient périodiquement. endroits similaires, ce qui nous a permis de conclure qu'il tourne autour d'un axe. Mais à quelle vitesse ? Les scientifiques, disposant des méthodes de recherche les plus modernes, en ont discuté pendant très longtemps.

Après tout, notre étoile a une composition très complexe. Son corps est un liquide solide. À l’intérieur se trouve un noyau solide autour duquel se trouve un manteau de liquide chaud. Au-dessus se trouve une croûte dure. De plus, la surface du Soleil est enveloppée de gaz chauds, qui brûlent constamment. C'est un gaz lourd constitué principalement d'hydrogène.

Ainsi, le corps du Soleil lui-même tourne lentement, mais ce gaz brûlant tourne rapidement.

25 jours et 22 ans

La coque externe du Soleil effectue une rotation complète autour de son axe en 27 jours et demi. Les astronomes ont pu le déterminer en observant les taches solaires. Mais c'est la moyenne. Par exemple, à l’équateur, ils tournent plus vite et tournent autour de leur axe en 25 jours. Aux pôles, les spots se déplacent à une vitesse de 31 à 36 jours.

Le corps de l'étoile elle-même tourne autour de son axe en 22,14 ans. En général, sur cent ans de vie terrestre, le Soleil ne tournera autour de son axe que quatre fois et demie.

Pourquoi les scientifiques étudient-ils avec autant de précision la vitesse de rotation de notre étoile ?

Parce qu’il apporte des réponses à de nombreuses questions évolutives. Après tout, l’étoile Soleil est la source de vie pour toute vie sur Terre. C’est grâce aux éruptions solaires, comme le pensent de nombreux chercheurs, que la vie est apparue sur Terre (il y a 252 millions d’années). Et c’est précisément à cause du comportement du Soleil que les dinosaures et autres reptiles sont morts dans l’Antiquité.

Brille de mille feux sur nous, Soleil !

Les gens se demandent constamment si le Soleil va épuiser son énergie et s’éteindre ? Bien sûr, cela s'éteindra - rien n'est éternel au monde. Et pour des étoiles aussi massives, il y a un moment de naissance, d’activité et de décomposition. Mais pour l’instant, le Soleil est au milieu de son cycle évolutif et il dispose de suffisamment d’énergie. À propos, au tout début, cette étoile était moins brillante. Les astronomes ont déterminé qu’au cours des premiers stades de développement, la luminosité du Soleil était 70 % inférieure à ce qu’elle est aujourd’hui.