Gibanje oko osi rotacije jedan je od najčešćih oblika gibanja tijela u prirodi. U ovom ćemo članku razmotriti ovu vrstu kretanja s gledišta dinamike i kinematike. Također dajemo formule koje povezuju glavne fizičke veličine.

O kakvom pokretu govorimo?

U doslovnom smislu, govorit ćemo o kretanju tijela po kružnici, odnosno o njihovoj rotaciji. Izvrstan primjer takvo kretanje je okretanje kotača automobila ili bicikla tijekom kretanja vozilo. Rotacija klizačice oko svoje osi koja izvodi složene piruete na ledu. Ili rotacija našeg planeta oko Sunca i oko vlastite osi nagnute prema ravnini ekliptike.

Kao što vidite, važan element vrste kretanja koja se razmatra je os rotacije. Svaka točka tijela proizvoljnog oblika vrši kružne kretnje oko njega. Udaljenost od točke do osi naziva se polumjer rotacije. Mnoga svojstva cijelog mehaničkog sustava ovise o njegovoj vrijednosti, na primjer, moment tromosti, brzina linije i drugi.

Ako je razlog linearnog translatornog gibanja tijela u prostoru vanjska sila koja na njih djeluje, onda je razlog gibanja oko osi rotacije vanjski moment sile. Ta se veličina opisuje kao vektorski umnožak primijenjene sile F¯ i vektora udaljenosti od točke njezine primjene do osi r¯, to jest:

Djelovanje momenta M¯ dovodi do pojave kutne akceleracije α¯ u sustavu. Obje su veličine povezane preko određenog koeficijenta I sljedećom jednakošću:

Veličinu I nazivamo momentom tromosti. Ovisi i o obliku tijela i o rasporedu mase unutar njega i o udaljenosti od osi rotacije. Za materijalnu točku izračunava se po formuli:

Ako je eksterni jednak nuli, tada sustav zadržava svoj kutni moment L¯. Ovo je još jedna vektorska veličina, koja je prema definiciji jednaka:

Ovdje je p¯ linearna količina gibanja.

Zakon održanja impulsa L¯ obično se 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 praktično važne veličine povezane s vremenskom promjenom položaja tijela u prostoru. Odnosno, predmeti proučavanja kinematike rotacije su brzine, ubrzanja i kutovi rotacije.

Prvo, uvedimo kutnu brzinu. Podrazumijeva se kao kut za koji tijelo napravi zaokret u jedinici vremena. Formula za trenutnu kutnu brzinu je:

Ako se tijelo okrene za jednake kutove u jednakim vremenskim intervalima, tada se rotacija naziva ravnomjernom. Za njega vrijedi formula za prosječnu kutnu brzinu:

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

U slučaju nejednolike rotacije koristi se koncept kutne akceleracije α. Određuje brzinu promjene vrijednosti ω u vremenu, odnosno:

α \u003d dω / dt \u003d d 2 θ / dt 2

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

Ako je tijelo u početku jednoliko rotiralo brzinom ω 0, a zatim je počelo povećavati svoju brzinu konstantnom akceleracijom α, tada se takvo kretanje može opisati sljedećom formulom:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Ova se jednakost dobiva integracijom jednadžbi kutne brzine s obzirom na vrijeme. Formula za θ omogućuje izračunavanje broja okretaja koje će sustav napraviti oko osi rotacije u vremenu t.

Linearne i kutne brzine

Obje brzine su međusobno povezane. Kada se govori o brzini rotacije oko osi, mogu se misliti na linearne i kutne karakteristike.

Pretpostavimo da se neka materijalna točka okreće oko osi na udaljenosti r brzinom ω. Tada će njegova linearna brzina v biti jednaka:

Razlika između linearne i kutne brzine je značajna. Dakle, ω ne ovisi o udaljenosti do osi tijekom jednolike rotacije, dok vrijednost v raste linearno s povećanjem r. Zadnja činjenica objašnjava zašto je s povećanjem polumjera rotacije teže zadržati tijelo na kružnoj putanji (povećava se njegova linearna brzina, a time i inercijske sile).

Zadatak izračunavanja brzine rotacije Zemlje oko svoje osi

Svi znaju da je naš planet in Sunčev sustav izvodi dvije vrste rotacijskog kretanja:

• oko svoje osi;
• oko zvijezde.

Izračunajmo brzine ω i v za prvu od njih.

Kutnu brzinu nije teško odrediti. Da biste to učinili, zapamtite da planet napravi potpunu revoluciju jednaku 2 * pi radijana u 24 sata (točna vrijednost je 23 sata 56 minuta 4,1 sekunda). Tada će vrijednost ω biti jednaka:

ω \u003d 2 * pi / (24 * 3600) \u003d 7,27 * 10 -5 rad / s

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

Izračunajmo linearnu brzinu v za točke koje leže na površini planeta na geografskoj širini ekvatora. Budući da je Zemlja spljoštena lopta, ekvatorijalni radijus je malo veći od polarnog. Duga je 6378 km. Koristeći formulu za vezu dviju brzina, dobivamo:

v \u003d ω * r \u003d 7,27 * 10 -5 * 6378000 ≈ 464 m / s

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

Rotacija Zemlje oko svoje osi dovodi do pojave takozvane Coriolisove sile, koju treba uzeti u obzir pri letenju. balističke rakete. To je i uzrok mnogih atmosferske pojave, na primjer, odstupanje smjera pasata prema zapadu.

Zemlja je neprestano u pokretu, okreće se oko Sunca i oko svoje osi. Ovo kretanje i stalni nagib Zemljine osi (23,5°) određuje mnoge učinke koje promatramo kao normalne pojave: noć i dan (zbog rotacije Zemlje oko svoje osi), promjenu godišnjih doba (zbog nagiba Zemljine osi) i različite klime u različitim područjima. Globusi se mogu okretati i njihova os ima nagib poput Zemljine osi (23,5°), pa se uz pomoć globusa može prilično precizno pratiti kretanje Zemlje oko svoje osi, a uz pomoć sustava "Zemlja - Sunce" može se pratiti kretanje Zemlje oko Sunca.

Rotacija Zemlje oko svoje osi

Zemlja se okreće oko vlastite osi od zapada prema istoku (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu gledano sa Sjevernog pola). Zemlji je potrebno 23 sata, 56 minuta i 4,09 sekundi da završi jedan potpuni krug oko vlastite osi. Dan i noć nastaju zbog rotacije Zemlje. Jednaka je i kutna brzina Zemljine rotacije oko svoje osi, odnosno kut za koji se bilo koja točka na Zemljinoj površini okrene. U jednom satu je 15 stupnjeva. Ali linearna brzina rotacije bilo gdje na ekvatoru je približno 1669 kilometara na sat (464 m/s), a na polovima se smanjuje na nulu. 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 gibaju paralelno i istovremeno s nama istom brzinom i nema "relativnih" kretanja objekata oko nas. Ako se, na primjer, brod giba ravnomjerno, bez ubrzavanja 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 okna, jer će se svi predmeti u kabini kretati paralelno s nama i brodom.

Kretanje Zemlje oko Sunca

Dok se Zemlja okreće oko vlastite osi, ona također rotira oko Sunca od zapada prema istoku suprotno od kazaljke na satu, gledano sa sjevernog pola. Zemlji je potrebna jedna zvjezdana godina (oko 365,2564 dana) da završi jednu potpunu revoluciju oko Sunca. Putanja Zemlje oko Sunca naziva se Zemljina putanja. a ova orbita nije savršeno okrugla. Prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca je oko 150 milijuna kilometara, a ta udaljenost varira do 5 milijuna kilometara, tvoreći malu ovalnu orbitu (elipsu). Točka u Zemljinoj orbiti koja je najbliža Suncu naziva se Perihel. Zemlja prolazi ovu točku početkom siječnja. Točka Zemljine orbite koja je najudaljenija od Sunca naziva se Afel. Zemlja prolazi ovu točku početkom srpnja.
Budući da se naša Zemlja kreće oko Sunca eliptičnom putanjom, orbitalna brzina se mijenja. U srpnju je brzina minimalna (29,27 km/s) i nakon prolaska afela (gornja crvena točka na animaciji) počinje ubrzavati, au siječnju je brzina maksimalna (30,27 km/s) i počinje usporavati nakon prolaska perihela (donja crvena točka).
Dok Zemlja napravi jednu revoluciju oko Sunca, ona prijeđe udaljenost od 942 milijuna 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 okrene oko vlastite osi za 24 sata jednom (365 puta godišnje).
Zapravo, ako razmatramo kretanje Zemlje skrupuloznije, onda je to mnogo složenije, jer različiti čimbenici utječu na Zemlju: rotacija Mjeseca oko Zemlje, privlačnost drugih planeta i zvijezda.

Naš planet je stalno u pokretu:

• rotacija oko vlastite osi, kretanje oko Sunca;
• rotacija zajedno sa Suncem oko središta naše galaksije;
• kretanje u odnosu na središte Lokalne skupine galaksija i drugo.

Gibanje Zemlje oko vlastite osi

Rotacija Zemlje oko svoje osi(Sl. 1). Za zemljinu os se uzima zamišljena linija oko koje se ona okreće. Ova os je odstupila za 23 ° 27 "od okomice na ravninu ekliptike. Zemljina os se presijeca s površinom zemlje u dvije točke - polovima - sjevernim i južnim. Gledano sa Sjevernog pola, Zemlja se okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu ili, kako se obično vjeruje, od zapada prema istoku. Planet završava potpunu revoluciju oko osi u jednom danu.

Riža. 1. Rotacija Zemlje oko svoje osi

Dan je jedinica vremena. Odvojite zvijezdane i solarne dane.

zvjezdani dan je vrijeme koje je potrebno zemlji da se okrene oko svoje osi u odnosu na zvijezde. One su jednake 23 sata 56 minuta 4 sekunde.

solarni dan je vrijeme potrebno da se Zemlja okrene oko svoje osi u odnosu na Sunce.

Kut rotacije našeg planeta oko svoje osi isti je na svim geografskim širinama. U jednom satu svaka se točka na površini Zemlje pomakne za 15° od svog prvobitnog položaja. Ali u isto vrijeme, brzina kretanja je obrnuta proporcionalna ovisnost od geografske širine: na ekvatoru iznosi 464 m/s, a na geografskoj širini 65° samo 195 m/s.

Rotaciju Zemlje oko svoje osi 1851. godine dokazao je J. Foucault svojim pokusom. U Parizu, u Panteonu, ispod kupole je obješeno njihalo, a ispod njega krug s podjelama. Sa svakim sljedećim kretanjem, njihalo se nalazilo na novim podjelama. To se može dogoditi samo ako površina Zemlje ispod njihala rotira. Položaj ravnine njihanja na ekvatoru se ne mijenja, jer se ravnina poklapa s meridijanom. Aksijalna rotacija Zemlje ima važne geografske implikacije.

Kada se Zemlja okreće, javlja se centrifugalna sila koja igra važnu ulogu u oblikovanju oblika planeta i smanjuje silu gravitacije.

Još jedna od najvažnijih posljedica aksijalne rotacije je stvaranje sile okretanja - Coriolisove sile. U 19. stoljeću prvi ga je izračunao francuski znanstvenik iz područja mehanike G. Coriolis (1792.-1843.). Ovo je jedna od inercijalnih sila uvedenih kako bi se uzeo u obzir utjecaj rotacije pokretnog referentnog okvira na relativno gibanje materijalne točke. Njegov se učinak može ukratko izraziti na sljedeći način: svako tijelo koje se kreće na sjevernoj hemisferi skreće udesno, a na južnoj - ulijevo. Na ekvatoru je Coriolisova sila jednaka nuli (slika 3).

Riža. 3. Djelovanje Coriolisove sile

Djelovanje Coriolisove sile proteže se na mnoge pojave geografskog omotača. Njegov otklonski učinak posebno je vidljiv u smjeru vožnje. zračne mase. Pod utjecajem sile otklona Zemljine rotacije, vjetrovi umjerenih geografskih širina obje hemisfere zauzimaju pretežno zapadni smjer, au tropskim geografskim širinama - istok. Slična manifestacija Coriolisove sile nalazi se u smjeru kretanja oceanskih voda. Asimetrija je također povezana s ovom silom. riječne doline(desna obala je obično visoka na sjevernoj hemisferi, na južnoj - lijevo).

Rotacija Zemlje oko svoje osi također dovodi do kretanja sunčeve svjetlosti Zemljina površina od istoka prema zapadu, odnosno do izmjene dana i noći.

Smjena dana i noći stvara dnevni ritam u živoj i neživoj prirodi. Dnevni ritam usko je povezan sa svjetlosnim i temperaturnim uvjetima. Poznat je dnevni hod temperature, dnevni i noćni povjetarac itd. Dnevni ritmovi javljaju se i u divljini - fotosinteza je moguća samo danju, većina biljaka otvara cvjetove u različite sate; Neke su životinje aktivne danju, druge noću. Ljudski život također se odvija u svakodnevnom ritmu.

Druga posljedica rotacije Zemlje oko svoje osi je razlika u vremenu na različitim točkama našeg planeta.

Od 1884. godine usvojen je zonski vremenski račun, odnosno cijela površina Zemlje podijeljena je u 24 vremenske zone od po 15°. Iza standardno vrijeme prihvatiti lokalno vrijeme srednji meridijan svakog pojasa. Susjedne vremenske zone razlikuju se za jedan sat. Granice pojaseva povlače se uzimajući u obzir političke, administrativne i gospodarske granice.

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

Meridijan 180° prihvaćen kao međunarodni linija mjerenja datuma- uvjetna linija na površini globus, s obje strane na kojoj se sati i minute podudaraju, i kalendarski datumi razlikuju za jedan dan.

Za racionalnije korištenje dnevnog svjetla ljeti 1930. godine naša je zemlja uvela trudničko vrijeme, ispred zone za jedan sat. Da bismo to učinili, kazaljke na satu su pomaknute 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 travnja i listopada, vrijeme je pomaknuto jedan sat unaprijed. Ovaj 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 osi, Zemlja se istovremeno kreće oko Sunca obilazeći krug za 365 dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Ovo razdoblje se zove astronomska godina. Orijentacije radi, smatra se da godina ima 365 dana, a svake četiri godine, kada se od šest sati “nakupi” 24 sata, u godini nema 365, nego 366 dana. Ova godina se zove prijestupna godina, a veljači se dodaje jedan dan.

Put u svemiru po kojem se Zemlja kreće oko Sunca naziva se orbita(slika 4). Zemljina putanja je eliptična, pa udaljenost od Zemlje do Sunca nije konstantna. Kad je zemlja unutra perihelion(od grčkog. periferija- blizu, oko i helios- Sunce) - najbliža točka orbite Suncu - 3. siječnja, udaljenost je 147 milijuna km. Na sjevernoj hemisferi je u ovo doba zima. Najveća udaljenost od Sunca u afel(od grčkog. aro- daleko od i helios- Sunce) - najveća udaljenost od Sunca - 5. srpnja. To je jednako 152 milijuna km. U ovo doba na sjevernoj hemisferi je ljeto.

Riža. 4. Gibanje Zemlje oko Sunca

Godišnje kretanje Zemlje oko Sunca promatra se kontinuiranom promjenom položaja Sunca na nebu - mijenjaju se podnevna visina Sunca i položaj njegova izlaska i zalaska, mijenja se trajanje svijetlog i tamnog dijela dana.

Kada se kreće po orbiti, smjer zemljine osi se ne mijenja, uvijek je usmjeren prema zvijezdi Sjevernjači.

Zbog promjene udaljenosti od Zemlje do Sunca, kao i zbog nagiba Zemljine osi prema ravnini njezina gibanja oko Sunca, uočava se neravnomjerna raspodjela Sunčevog zračenja na Zemlji tijekom godine. Tako se mijenjaju godišnja doba, što je karakteristično za sve planete koji imaju nagnutu os rotacije prema ravnini svoje orbite. (ekliptika) različit od 90°. Orbitalna brzina planeta na sjevernoj hemisferi je veća zimsko vrijeme a ljeti manje. Dakle, zimsko polugodište traje 179, a ljetno polugodište - 186 dana.

Kao rezultat kretanja Zemlje oko Sunca i nagiba zemljine osi prema ravnini svoje orbite za 66,5 °, na našem se planetu ne uočava samo promjena godišnjih doba, već i promjena duljine dana i noći.

Rotacija Zemlje oko Sunca i promjena godišnjih doba na Zemlji prikazani su na sl. 81 (ekvinociji i solsticiji prema godišnjim dobima na sjevernoj hemisferi).

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

Ravnodnevnica- trenutak u kojem središte Sunca, tijekom svog prividnog godišnjeg kretanja po ekliptici, prijeđe nebeski ekvator. Postoje proljetni i jesenji ekvinocij.

Nagib Zemljine osi rotacije oko Sunca na ekvinocije 20. – 21. ožujka i 22. – 23. rujna neutralan je u odnosu na Sunce, a dijelovi planeta okrenuti prema njemu jednoliko su osvijetljeni od pola do pola (sl. 5). Sunčeve zrake padaju okomito na ekvator.

Najduži dan i najkraća noć promatraju se po danu ljetni solsticij.

Riža. 5. Osvjetljenje Zemlje Suncem u dane ekvinocija

Solsticij- trenutak prolaska središtem Sunca točaka ekliptike, najudaljenijih od ekvatora (solsticijskih točaka). Postoje ljetni i zimski solsticij.

Na dan ljetnog solsticija 21.-22. lipnja Zemlja zauzima položaj u kojem je sjeverni kraj njezine osi nagnut prema Suncu. A zrake padaju okomito ne na ekvator, već na sjeverni trop, čija je zemljopisna širina 23 ° 27 "Cijeli dan i noć osvijetljene su ne samo polarne regije, već i prostor izvan njih do geografske širine 66 ° 33" (Arktički krug). Na južnoj hemisferi u ovom trenutku samo onaj dio koji se nalazi između ekvatora i južnog arktičkog kruga (66 ° 33 ") ispada da je osvijetljen. Izvan njega, na ovaj dan, zemljina površina nije osvijetljena.

U danu zimski solsticij 21. i 22. prosinca sve se događa obrnuto (slika 6). Sunčeve zrake već padaju pravo na južni trop. Na južnoj hemisferi osvijetljena su područja koja se nalaze ne samo između ekvatora i tropskog pojasa, već i oko južnog pola. Ova situacija se nastavlja do proljetnog ekvinocija.

Riža. 6. Osvjetljenje Zemlje na dan zimskog solsticija

Na dvije Zemljine paralele u danima solsticija, Sunce u podne nalazi se točno iznad glave promatrača, odnosno u zenitu. Takve se paralele nazivaju tropima. Na sjevernom tropiku (23° N) Sunce je u zenitu 22. lipnja, na južnom tropiku (23° S) 22. prosinca.

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

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

polarni dan- razdoblje kada sunce ne pada ispod horizonta. Što je dalje od Arktičkog kruga blizu pola, to je polarni dan 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 promatra 22. lipnja - na dan ljetnog solsticija, a na južnoj hemisferi na geografskoj širini Južnog polarnog kruga - 22. prosinca.

polarna noć traje od jednog dana na geografskoj širini arktičkog kruga do 176 dana na polovima. Tijekom polarne noći Sunce se ne pojavljuje iznad horizonta. Na sjevernoj hemisferi, na geografskoj širini Arktičkog kruga, ova pojava opažena je 22. prosinca.

Nemoguće je ne primijetiti ovo čudesna pojava priroda, kao bijele noći. Bijele noći- to su svijetle noći na početku ljeta, kada se večernja zora spaja s jutarnjom zorom i sumrak traje cijelu noć. Opažaju se na obje hemisfere na širinama većim od 60°, kada središte Sunca u ponoć padne ispod horizonta za najviše 7°. U Sankt Peterburgu (oko 60°N) bijele noći traju od 11. lipnja do 2. srpnja, u Arhangelsku (64°N) od 13. svibnja do 30. srpnja.

Sezonski ritam povezan s godišnjim kretanjem prvenstveno utječe na osvijetljenost zemljine površine. Ovisno o promjeni visine Sunca iznad horizonta na Zemlji ih je pet rasvjetni pojasevi. vrući pojas nalazi se između sjevernog i južnog tropa (trop Raka i trop Jarca), zauzima 40% Zemljine površine i razlikuje se najveći broj toplina koja dolazi od sunca. između tropskih i Polarni krugovi na južnoj i sjevernoj hemisferi su umjerene zone osvjetljenje. Ovdje su već izražena godišnja doba: što je dalje od tropa, ljeto je kraće i hladnije, duže i hladnija zima. Polarni pojasevi na sjevernoj i južnoj hemisferi ograničeni su arktičkim krugovima. Ovdje je visina Sunca iznad horizonta tijekom godine mala, pa je količina Sunčeve topline minimalna. Za polarne zone karakteristični su polarni dani i noći.

O godišnjem kretanju Zemlje oko Sunca ne ovise samo promjene godišnjih doba i s tim povezana neravnomjerna osvijetljenost zemljine površine po geografskim širinama, već i značajan dio procesa u geografski omotač: sezonska promjena vremena, režim rijeka i jezera, ritam života biljaka i životinja, vrste i rokovi poljoprivrednih radova.

Kalendar.Kalendar- sustav za izračunavanje dugih vremenskih razdoblja. Ovaj sustav temelji se na periodičnim prirodnim pojavama povezanim s kretanjem nebeskih tijela. Kalendar koristi astronomske pojave – smjenu godišnjih doba, dan i noć, smjenu mjesečeve mijene. Prvi kalendar bio je egipatski, nastao u 4. stoljeću. PRIJE KRISTA e. Julije Cezar je 1. siječnja 45. godine uveo Julijanski kalendar, koji još uvijek koristi Ruska pravoslavna crkva. S obzirom na to da je trajanje julijanske godine dulje od astronomske za 11 minuta 14 sekundi, do 16.st. akumulirana je “greška” od 10 dana - dan proljetnog ekvinocija nije došao 21. ožujka, već 11. ožujka. Ta je greška ispravljena 1582. dekretom pape Grgura XIII. Brojanje dana pomaknuto je za 10 dana unaprijed, a dan nakon 4. listopada propisano je da se smatra petkom, ali ne 5. listopada, nego 15. listopada. Proljetni ekvinocij ponovno je vraćen na 21. ožujka, a kalendar je postao poznat kao gregorijanski. U Rusiji je uveden 1918. Međutim, ima i niz nedostataka: nejednako trajanje mjeseci (28, 29, 30, 31 dan), nejednakost kvartala (90, 91, 92 dana), nedosljednost broja mjeseci po danima u tjednu.

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) 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 ovom brzinom leti od istoka prema zapadu (na visini od 12 km: 936 km/h na geografskoj širini Moskve, 837 km/h na geografskoj širini Sankt Peterburga) mirovat će u inercijalnom referentnom okviru.
• Superpozicija rotacije Zemlje oko svoje osi s periodom od jednog zvjezdanog dana i oko Sunca s periodom od jedne godine dovodi do nejednakosti sunčevih i zvjezdanih dana: duljina prosječnog sunčevog dana iznosi točno 24 sata, što je 3 minute 56 sekundi duže od zvjezdanog dana.

Fizičko značenje i eksperimentalna potvrda

Fizičko značenje rotacije Zemlje oko svoje osi

Budući da 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 osi, to znači da ona vrši rotacijsko gibanje u odnosu na bilo koji inercijalni referentni okvir, a period te rotacije jednak je sideričkim danima - periodu potpune revolucije Zemlje (nebeske sfere) u odnosu na nebesku sferu (Zemlju).

Svi eksperimentalni dokazi rotacije Zemlje oko svoje osi svode se na dokaz da je referentni okvir pridružen Zemlji neinercijalni referentni okvir posebne vrste - referentni okvir koji vrši rotacijsko gibanje u odnosu na inercijalne referentne okvire.

Za razliku od inercijalnog gibanja (to jest, ravnomjernog pravocrtnog gibanja u odnosu na inercijalne referentne okvire), da bi se otkrilo neinercijsko gibanje zatvorenog laboratorija, nije potrebno vršiti opažanja na vanjskim tijelima - takvo se gibanje detektira pomoću lokalnih eksperimenata (to jest, eksperimenata koji se izvode unutar ovog laboratorija). U tom smislu riječi, neinercijalno gibanje, uključujući rotaciju Zemlje oko svoje osi, može se nazvati apsolutnim.

Sile inercije

Učinci centrifugalne sile

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

Ovaj fenomen otkriven je 1672. godine, kada je francuski astronom Jean Richet, dok je bio na ekspediciji u Africi, otkrio da satovi s njihalom idu sporije u blizini ekvatora nego u Parizu. Newton je to ubrzo objasnio rekavši da je period njihala obrnuto proporcionalan kvadratnom korijenu gravitacijske akceleracije, koja se smanjuje na ekvatoru zbog centrifugalne sile.

Spljoštenost Zemlje. Utjecaj centrifugalne sile dovodi do spljoštenosti Zemlje na polovima. Ovaj fenomen, koji su krajem 17. stoljeća predvidjeli Huygens i Newton, prvi je otkrio Pierre de Mopertui kasnih 1730-ih kao rezultat obrade ove dvije francuske ekspedicije posebno opremljene za rješavanje ovog problema u Peruu (pod vodstvom Pierrea Bugera i Charlesa de La Condaminea) i Laponiji (pod vodstvom Alexisa Klera i samog Moperthue).

Efekti Coriolisove sile: Laboratorijski pokusi

Taj učinak trebao bi biti najjasnije izražen na polovima, gdje je period potpune rotacije ravnine njihala jednak periodu rotacije Zemlje oko svoje osi (siderički dani). U općem slučaju, period je obrnuto proporcionalan sinusu geografske širine, na ekvatoru je ravnina titranja njihala nepromijenjena.

Žiroskop- rotirajuće tijelo sa značajnim momentom tromosti zadržava kutnu količinu gibanja ako nema jakih poremećaja. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja što se dogodilo Foucaultovom njihalu koje nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop zadržao je svoju orijentaciju, što znači da se polako rotirao u odnosu na promatrača.

Otklon projektila tijekom paljbe. Druga vidljiva manifestacija Coriolisove sile je skretanje putanje projektila (udesno na sjevernoj hemisferi, ulijevo na južnoj hemisferi) ispaljenih u vodoravnom smjeru. Sa stajališta inercijalnog referentnog sustava, za projektile ispaljene duž meridijana, to je zbog ovisnosti linearne brzine rotacije Zemlje o geografskoj širini: kada se kreće od ekvatora prema polu, projektil zadržava horizontalnu komponentu brzine nepromijenjenu, dok se linearna brzina rotacije točaka na zemljinoj površini smanjuje, što dovodi do pomaka projektila s meridijana. u smjeru Zemljine rotacije. Ako je hitac ispaljen paralelno s ekvatorom, tada je pomak projektila od paralele posljedica činjenice da putanja projektila leži u istoj ravnini sa središtem Zemlje, dok se točke na zemljinoj površini kreću u ravnini okomitoj na os rotacije Zemlje. Taj je učinak (za slučaj pucanja duž meridijana) predvidio Grimaldi 40-ih godina 17. stoljeća. a prvi put ga je objavio Riccioli 1651.

Otklon tijela koja slobodno padaju od okomice. ( ) Ako brzina tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena prema istoku, što dovodi do odgovarajućeg otklona putanje slobodno padajućeg tijela (bez početna brzina) s visoke kule. Kada se razmatra u inercijalnom referentnom okviru, učinak se objašnjava činjenicom da se vrh tornja u odnosu na središte Zemlje kreće brže od baze, zbog čega se putanja tijela ispostavlja kao uska parabola i tijelo je malo ispred baze tornja.

Eötvös efekt. Na niskim geografskim širinama Coriolisova sila je pri gibanju po zemljinoj površini usmjerena u okomitom smjeru i svojim djelovanjem dovodi do povećanja ili smanjenja ubrzanja slobodnog pada, ovisno o tome giba li se tijelo prema zapadu ili istoku. Taj se efekt naziva Eötvösov efekt u čast mađarskog fizičara Lorand Åtvösa, koji ga je eksperimentalno otkrio početkom 20. stoljeća.

Pokusi koji koriste zakon održanja kutne količine gibanja. Neki se pokusi temelje na zakonu očuvanja količine gibanja: u inercijalnom referentnom okviru, vrijednost količine gibanja (jednaka umnošku količine gibanja tromosti puta kutne brzine rotacije) ne mijenja se pod djelovanjem unutarnjih sila. Ako je u nekom početnom trenutku instalacija nepomična u odnosu na Zemlju, tada je brzina njezine rotacije u odnosu na inercijalni referentni okvir jednaka kutnoj brzini rotacije Zemlje. Ako promijenite moment inercije sustava, tada bi se trebala promijeniti kutna brzina njegove rotacije, odnosno započet će rotacija u odnosu na Zemlju. U neinercijalnom referentnom okviru povezanom sa Zemljom, rotacija se javlja kao rezultat djelovanja Coriolisove sile. Ovu ideju predložio je francuski znanstvenik Louis Poinsot 1851. godine.

Prvi takav eksperiment izveo je Hagen 1910. godine: dva utega na glatkoj prečki postavljena su nepomično u odnosu na površinu Zemlje. Zatim je udaljenost između tereta smanjena. Kao rezultat toga, instalacija je došla u rotaciju. Još ilustrativniji eksperiment napravio je njemački znanstvenik Hans Bucka 1949. godine. Šipka duga oko 1,5 metar postavljena je okomito na pravokutni okvir. U početku je šipka bila vodoravna, instalacija je bila nepomična u odnosu na Zemlju. Zatim je šipka dovedena u vertikalni položaj, što je dovelo do promjene momenta tromosti instalacije za oko 10 4 puta i njene brze rotacije kutnom brzinom 10 4 puta većom od brzine rotacije Zemlje.

Lijevak u kadi.

Budući da je Coriolisova sila vrlo slaba, zanemarivo utječe na smjer vrtloženja vode prilikom istjecanja u umivaoniku ili kadi, tako da općenito smjer rotacije u lijevku nije povezan s rotacijom Zemlje. Samo u pažljivo kontroliranim eksperimentima moguće je razdvojiti učinak Coriolisove sile od ostalih čimbenika: na sjevernoj hemisferi lijevak će biti upleten u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi - obrnuto.

Učinci Coriolisove sile: fenomeni u okolišu

Optički pokusi

Brojni pokusi koji pokazuju rotaciju Zemlje temelje se na Sagnacovom učinku: ako se prstenasti interferometar rotira, tada se zbog relativističkih učinaka pojavljuje fazna razlika u nadolazećim zrakama

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

Gdje A (\displaystyle A)- područje projekcije prstena na ekvatorijalnu ravninu (ravnina okomita na os rotacije), c (\displaystyle c)- brzina svjetlosti, ω (\displaystyle \omega )- kutna brzina rotacije. Kako bi pokazao rotaciju Zemlje, ovaj je efekt upotrijebio američki fizičar Michelson u nizu pokusa izvedenih 1923.-1925. U modernim eksperimentima koji koriste Sagnacov učinak, rotacija Zemlje mora se uzeti u obzir za kalibraciju prstenastih interferometra.

Postoji niz drugih eksperimentalnih demonstracija dnevna rotacija Zemlja.

Neravnomjerna rotacija

Precesija i nutacija

Povijest ideje o dnevnoj rotaciji Zemlje

Antika

Objašnjenje dnevne rotacije neba rotacijom Zemlje oko svoje osi prvi su predložili predstavnici pitagorejske škole, Sirakužani Hicket i Ekfant. Pitagorejac Filolaj iz Krotona (5. st. pr. Kr.) također je, prema nekim rekonstrukcijama, tvrdio rotaciju Zemlje. Izjava koja se može protumačiti kao pokazatelj rotacije Zemlje sadržana je u Platonovom dijalogu Timej .

No, o Giketi i Ekfantu se ne zna gotovo ništa, a ponekad se dovodi u pitanje i samo njihovo postojanje. Prema mišljenju većine znanstvenika, Zemlja u sustavu Filolajevog svijeta nije rotirala, već se kretala prema naprijed oko Centralne vatre. U svojim drugim spisima Platon slijedi tradicionalni pogled na nepokretnost Zemlje. No, dobili smo brojne dokaze da je ideju o rotaciji Zemlje branio filozof Heraklides Pontijski (4. st. pr. Kr.). Vjerojatno je još jedna Heraklidova pretpostavka povezana s hipotezom o rotaciji Zemlje oko svoje osi: svaka zvijezda je svijet koji uključuje zemlju, zrak, eter, a sve se to nalazi u beskonačnom prostoru. Doista, ako je dnevna rotacija neba odraz rotacije Zemlje, tada nestaje pretpostavka da se zvijezde smatraju na istoj sferi.

Oko jednog stoljeća kasnije, pretpostavka o rotaciji Zemlje postala je sastavni dio prve, koju je predložio veliki astronom Aristarh sa Samosa (3. st. pr. Kr.). Aristarha su podržavali Babilonac Seleuk (II. st. pr. Kr.), kao i Heraklid Pont, koji je smatrao da je Svemir beskonačan. Činjenica da je ideja o dnevnoj rotaciji Zemlje imala svoje pobornike još u 1. stoljeću nove ere. e., svjedoče neke izjave filozofa Seneke, Derkillida, 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 Nepokretnost Zemlje Aristotel opravdava činjenicom da na rotirajućoj Zemlji tijela bačena okomito uvis ne bi mogla pasti do točke od koje je počelo njihovo kretanje: površina Zemlje bi se pomaknula ispod bačenog tijela. Još jedan argument za nepomičnost Zemlje, koji je dao Aristotel, temelji se na njegovoj fizikalnoj teoriji: Zemlja je teško tijelo, a teška tijela teže se kretati prema središtu svijeta, a ne rotirati oko njega.

Iz Ptolomejeva djela proizlazi da su pristaše hipoteze o rotaciji Zemlje na ove argumente odgovorili da se i zrak i svi zemaljski objekti kreću zajedno sa Zemljom. Očigledno je uloga zraka u ovom promišljanju temeljno važna, jer se razumije da upravo njegovo kretanje zajedno sa Zemljom skriva rotaciju našeg planeta. Ptolomej tome suprotstavlja govoreći da

tijela u zraku uvijek će izgledati kao da zaostaju ... A kad bi se tijela vrtjela zajedno sa zrakom kao cjelinom, tada nijedno od njih ne bi izgledalo kao da je ispred drugoga ili zaostajalo za njim, nego bi ostalo na mjestu, u letu i bacanju ne bi činilo odstupanja ili kretanja na drugo mjesto poput onih koje vidimo vlastitim očima da se događaju, i ne bi uopće usporavala niti ubrzavala, jer Zemlja ne miruje.

Srednji vijek

Indija

Prvi od srednjovjekovnih autora, koji je sugerirao da se Zemlja okreće oko svoje osi, bio je veliki indijski astronom i matematičar Aryabhata (kasno V - početak VI stoljeća). On to formulira na nekoliko mjesta u svojoj raspravi. Ariabhatia, Na primjer:

Baš kao što osoba na brodu koji se kreće naprijed vidi nepokretne objekte koji se kreću unatrag, tako promatrač ... vidi fiksne zvijezde koje se kreću pravocrtno prema zapadu.

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

Aryabhata je podržavao samo jedan astronom, Prthudaka (9. stoljeće). Većina indijskih znanstvenika branila je nepomičnost Zemlje. Tako je astronom Varahamihira (6. st.) tvrdio da se na rotirajućoj Zemlji ptice koje lete u zraku ne mogu vratiti u svoja gnijezda, a kamenje i drveće bi odletjelo sa Zemljine površine. Ugledni astronom Brahmagupta (6. stoljeće) također je ponovio stari argument da tijelo koje je palo s visoka planina, ali bi mogao potonuti u svoju bazu. Istodobno je, međutim, odbacio jedan Varahamihirin argument: po njegovom mišljenju, čak i da se Zemlja okreće, objekti se od nje ne mogu otrgnuti zbog svoje gravitacije.

islamski istok

Mogućnost rotacije Zemlje razmatrali su mnogi znanstvenici muslimanskog istoka. Tako je slavni geometar al-Sijizi izumio astrolab, čiji se princip rada temelji 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 tijela koja padaju. U biti, istodobno je izražen princip superpozicije gibanja, prema kojem se svaki pomak može rastaviti na dvije ili više komponenti: u odnosu na površinu Zemlje koja rotira, padajuće tijelo se kreće duž visak, ali bi se točka, koja je projekcija ove linije na površinu Zemlje, prenijela njezinom rotacijom. O tome svjedoči poznati znanstvenik-enciklopedist al-Biruni, koji je i sam, međutim, bio sklon nepokretnosti Zemlje. Po njegovom mišljenju, ako neka dodatna sila djeluje na tijelo koje pada, tada će rezultat njezinog djelovanja na rotirajuću Zemlju dovesti do nekih učinaka koji se zapravo ne promatraju.

Među znanstvenicima XIII-XVI stoljeća, povezanim sa zvjezdarnicama Maraga i Samarkand, razvila se rasprava o mogućnosti empirijskog opravdanja nepomičnosti Zemlje. Tako je slavni astronom Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV st.) smatrao da se nepomičnost Zemlje može provjeriti eksperimentom. S druge strane, osnivač zvjezdarnice Maraga, Nasir ad-Din at-Tusi, vjerovao je da ako bi Zemlja rotirala, tada bi ta rotacija bila odvojena slojem zraka uz njezinu površinu, a sva kretanja u blizini Zemljine površine događala bi se na potpuno isti način kao da Zemlja miruje. To je potkrijepio uz pomoć promatranja kometa: prema Aristotelu kometi su meteorološka pojava u gornjim slojevima atmosfere; ipak, astronomska promatranja pokazuju da kometi sudjeluju u dnevnoj rotaciji nebeske sfere. Posljedično tome, gornji slojevi zraka zahvaćeni su rotacijom neba, pa prema tome i donji slojevi mogu biti povučeni rotacijom Zemlje. Dakle, eksperiment ne može odgovoriti na pitanje rotira li Zemlja. Međutim, ostao je pristaša nepokretnosti Zemlje, jer je to bilo u skladu s Aristotelovom filozofijom.

Većina islamskih učenjaka kasnijeg vremena (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Dzhurjani, al-Birjandi i drugi) složili su se s at-Tusijem da će svi fizički fenomeni na rotirajućoj i nepokretnoj Zemlji rezultirati na isti način. Međutim, uloga zraka u ovom slučaju više se nije smatrala temeljnom: ne samo zrak, već i svi objekti transportiraju se rotirajućom Zemljom. Stoga je za opravdanje nepokretnosti Zemlje potrebno uključiti Aristotelova učenja.

Poseban stav u tim sporovima zauzeo je treći direktor Samarkandske zvjezdarnice Alauddin Ali al-Kushchi (XV. st.), koji je odbacio Aristotelovu filozofiju i smatrao rotaciju Zemlje fizički mogućom. U 17. stoljeću iranski teolog i učenjak-enciklopedist 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 gibanja Zemlje široko je sadržana u spisima pariških skolastičara Jeana Buridana, Alberta Saskog i Nicholasa Orema (druga polovica 14. stoljeća). Najvažniji argument u korist rotacije Zemlje, a ne neba, koji navode u svojim radovima, je malenost Zemlje u usporedbi sa Svemirom, zbog čega se dnevna rotacija neba Svemira pripisuje najviši stupanj neprirodan.

Međutim, svi su ti znanstvenici u konačnici odbacili rotaciju Zemlje, iako na različitim osnovama. Tako je Albert Saski vjerovao da ova hipoteza nije u stanju objasniti promatrane astronomske pojave. S pravom se s tim nisu složili Buridan i Orem, prema kojima bi se nebeske pojave trebale događati na isti način bez obzira na to što čini rotaciju, Zemlja ili Kozmos. Buridan je mogao naći samo jedan značajan argument protiv rotacije Zemlje: strijele ispaljene okomito prema gore padaju niz strmu liniju, iako bi rotacijom Zemlje, po njegovom mišljenju, morale zaostajati za kretanjem Zemlje i padati zapadno od točke pogotka.

No čak je i ovaj argument Oresme odbacio. Ako Zemlja rotira, tada strelica leti okomito prema gore i istovremeno se pomiče prema istoku, zarobljena zrakom koji rotira sa Zemljom. Dakle, strijela mora pasti na isto mjesto odakle je ispaljena. Iako se i ovdje spominje zahvatna uloga zraka, ona u stvarnosti nema neku posebnu ulogu. To je ilustrirano sljedećom analogijom:

Slično, kada bi zrak bio zatvoren u brodu koji se kreće, tada bi se osobi koja je okružena ovim zrakom činilo da se zrak ne kreće ... Ako bi se osoba nalazila u brodu koji se kreće velikom brzinom prema istoku, ne znajući za to kretanje, i ako je ispružio svoju ruku u ravnoj liniji duž jarbola broda, činilo bi mu se da njegova ruka čini pravocrtno gibanje; na isti način, prema ovoj teoriji, čini nam se da se ista stvar događa sa strijelom kada je ispucamo okomito gore ili okomito dolje. Unutar broda koji se velikom brzinom kreće prema istoku mogu se odvijati sve vrste gibanja: uzdužno, poprečno, dolje, gore, u svim smjerovima - i čine se potpuno istima kao kad brod miruje.

Nadalje, Orem daje formulaciju koja anticipira načelo relativnosti:

Stoga zaključujem da je nemoguće bilo kakvim iskustvom dokazati da nebo ima dnevno kretanje, a da Zemlja nema.

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

Međutim, zasad svi podržavaju i ja vjerujem da se (Nebo) a ne Zemlja kreće, jer "Bog je stvorio krug zemaljski koji se neće tresti", unatoč svim suprotnim argumentima.

Mogućnost dnevne rotacije Zemlje spominjali su i srednjovjekovni europski znanstvenici i kasniji filozofi, ali nisu dodani novi argumenti koji nisu sadržani u Buridanu i Oremu.

Dakle, praktički nitko od srednjovjekovnih znanstvenika nije prihvatio hipotezu o rotaciji Zemlje. Međutim, tijekom njegove rasprave od strane znanstvenika Istoka i Zapada, izrečene su mnoge duboke misli, koje će zatim ponavljati znanstvenici New Agea.

Renesansa i moderno doba

U prvoj polovici 16. stoljeća objavljeno je nekoliko radova koji su tvrdili da je razlog dnevne rotacije neba rotacija Zemlje oko svoje osi. Jedna od njih bila je rasprava Talijana Celija Calcagninija "O činjenici da je nebo nepomično, a Zemlja se okreće, ili o vječnom kretanju Zemlje" (napisana oko 1525., objavljena 1544.). Na svoje suvremenike nije ostavio veliki dojam, jer je u to vrijeme već bilo objavljeno temeljno djelo poljskog astronoma Nikole Kopernika „O rotacijama nebeskih sfera” (1543.), gdje je hipoteza o dnevnoj rotaciji Zemlje postala dio heliocentričnog sustava svijeta, poput Aristarha Samoskog. Kopernik je prethodno izrazio svoje misli u malom rukom pisanom eseju. Mali komentar(ne ranije od 1515.). Dvije godine prije glavnog Kopernikovog djela objavljeno je djelo njemačkog astronoma Georg Joachima Rhetika. Prva pripovijest(1541.), gdje se popularno izlaže Kopernikova teorija.

U 16. stoljeću Kopernika su u potpunosti podržali astronomi Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fizičari Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno, teolog Diego de Zuniga. Neki su znanstvenici prihvatili rotaciju Zemlje oko svoje osi, odbacujući njezino kretanje prema naprijed. To je bio stav njemačkog astronoma Nicholasa Reimersa, također poznatog kao Ursus, kao i talijanskih filozofa Andrea Cesalpina i Francesca Patricija. Gledište izvanrednog fizičara Williama Gilberta, koji je podržavao aksijalnu rotaciju Zemlje, ali nije govorio o njezinom translatornom kretanju, nije sasvim jasno. Početkom 17.st heliocentrični sustav svijet (uključujući rotaciju Zemlje oko svoje osi) dobio je impresivnu potporu Galilea Galileija i Johanna 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 nastanak klasične mehanike

Zapravo, u XVI-XVII stoljeću. jedini argument u korist osne rotacije Zemlje bio je taj da u ovom slučaju nema potrebe pripisivati ​​goleme brzine rotacije zvjezdanoj sferi, jer je već u antici pouzdano utvrđeno da veličina Svemira znatno premašuje veličinu Zemlje (ovaj argument su sadržavali i Buridan i Orem).

Protiv te hipoteze izneseni su argumenti temeljeni na dinamičkim idejama tog vremena. Prije svega, ovo je vertikalnost putanja padajućih tijela. Bilo je i drugih argumenata, na primjer, jednak domet vatre u istočnom i zapadnom smjeru. Odgovarajući na pitanje o neopažljivosti učinaka dnevne rotacije u zemaljskim eksperimentima, Kopernik je napisao:

Ne okreće se samo Zemlja s elementom vode koji je s njom povezan, nego i znatan dio zraka i svega što je na bilo koji način srodno Zemlji, ili zrak već najbliži Zemlji, zasićen kopnenom i vodenom materijom, slijedi iste zakone prirode kao i Zemlja, ili ima stečeno kretanje koje mu priopćava susjedna Zemlja u stalnoj rotaciji i bez ikakvog otpora.

Tako, vodeća uloga u neopažljivosti rotacije Zemlje igra povlačenje zraka njezinom rotacijom. To je mišljenje dijelila većina kopernikanaca u 16. stoljeću.

Zagovornici beskonačnosti Svemira u 16. stoljeću bili su i Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici – svi su oni podržavali hipotezu o rotaciji Zemlje oko svoje osi (a prva dvojica i oko Sunca). Christoph Rothmann i Galileo Galilei vjerovali su da se zvijezde nalaze na različitim udaljenostima od Zemlje, iako nisu eksplicitno govorili o beskonačnosti Svemira. S druge strane, Johannes Kepler nijekao je beskonačnost Svemira, iako je bio pristaša rotacije Zemlje.

Religijski kontekst rasprave o rotaciji Zemlje

Brojni prigovori rotaciji Zemlje bili su povezani s njegovim proturječjima s tekstom. Sveto pismo. Ti su prigovori bili dvije vrste. Prvo, citirana su neka mjesta u Bibliji koja potvrđuju da je Sunce ono koje čini dnevno kretanje, na primjer:

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

U ovom slučaju, osna rotacija Zemlje bila je napadnuta, budući da je kretanje Sunca od istoka prema zapadu dio dnevne rotacije neba. Odlomak iz knjige Jošue često se citirao u vezi s tim:

Isus je zazvao Gospodina onoga dana kada je Gospodin predao Amorejce u ruke Izraelu, kada ih je potukao u Gibeonu, i bili su pobijeni pred licem sinova Izraelovih, i rekao pred Izraelcima: Stanite, sunce je nad Gibeonom, a mjesec je nad dolinom Avalonskom!

Kako je naredba za zaustavljanje dana Suncu, a ne Zemlji, iz toga je zaključeno da je Sunce to koje vrši dnevno kretanje. Drugi odlomci su citirani u prilog nepomičnosti Zemlje, kao što su:

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

Ti su se odlomci smatrali suprotnima i predodžbi o rotaciji Zemlje oko svoje osi i revoluciji oko Sunca.

Pristaše rotacije Zemlje (osobito Giordano Bruno, Johann Kepler i posebno Galileo Galilei) branili su u nekoliko smjerova. Prvo, istaknuli su da je Biblija napisana razumljivim jezikom obični ljudi, a da su njeni autori dali jasne formulacije sa znanstvenog stajališta, ona ne bi mogla ispuniti svoju glavnu, vjersku misiju. Tako je Bruno napisao:

U mnogim je slučajevima glupo i nesvrsishodno davati mnogo obrazloženja prema istini, a ne prema danom slučaju i pogodnosti. Na primjer, ako bi umjesto riječi: "Sunce se rađa i izlazi, prolazi kroz podne i naginje se prema Akvilonu", mudrac rekao: "Zemlja ide u krug prema istoku i, ostavljajući sunce koje zalazi, naginje se prema dva tropa, od Raka prema jugu, od Jarca do Akvilona", tada bi slušatelji počeli razmišljati: "Kako? Kaže li on da se zemlja kreće? Kakve su ovo vijesti? Na kraju bi ga smatrali budalom, a on bi stvarno bio budala.

Odgovori ove vrste dani su uglavnom na prigovore koji se tiču ​​dnevnog kretanja Sunca. Drugo, primijećeno je da neke odlomke iz Biblije treba tumačiti alegorijski (vidi članak Biblijski alegorizam). Dakle, Galileo je primijetio da ako se Sveto pismo shvati potpuno doslovno, onda ispada da Bog ima ruke, podložan je emocijama poput ljutnje itd. Općenito, glavna ideja Branitelji učenja o kretanju Zemlje bili su da znanost i religija imaju različite ciljeve: znanost razmatra pojave materijalnog svijeta, vođena argumentima razuma, cilj religije je moralno poboljšanje čovjeka, njegovo spasenje. Galileo je citirao kardinala Baronija u vezi s tim da Biblija uči kako se popeti na nebo, a ne kako su nebesa napravljena.

Te je argumente Katolička crkva smatrala neuvjerljivima te je 1616. zabranjena doktrina o rotaciji Zemlje, a 1631. Galileja je zbog svoje obrane osudila inkvizicija. Međutim, izvan Italije ova zabrana nije značajno utjecala na razvoj znanosti i uglavnom je pridonijela padu autoriteta same Katoličke crkve.

Mora se dodati da su religijske argumente protiv kretanja Zemlje iznosili ne samo crkveni poglavari, već i znanstvenici (primjerice Tycho Brage). S druge strane, katolički redovnik Paolo Foscarini napisao je mali esej “Pismo o pogledima pitagorejaca i Kopernika na pokretljivost Zemlje i nepokretnost Sunca i na novi pitagorejski sustav svemira” (1615.), gdje je iznio razmišljanja bliska galilejevskim, a španjolski teolog Diego de Zuniga čak je koristio Kopernikovu teoriju za tumačenje nekih mjesta. u Svetom pismu (iako se kasnije predomislio). Dakle, sukob između teologije i doktrine o kretanju Zemlje nije bio toliko sukob između znanosti i religije kao takve, koliko sukob između starog (do početka 17. stoljeća već zastarjelog) i novog metodološka načela koji su temelj znanosti.

Značenje hipoteze o rotaciji Zemlje za razvoj znanosti

Razumijevanje znanstvenih problema koje postavlja teorija o rotirajućoj Zemlji pridonijelo je otkrivanju zakona klasične mehanike i stvaranju nove kozmologije koja se temelji na ideji beskonačnosti Svemira. Proturječnosti između ove teorije i doslovnog tumačenja Biblije, o kojima se raspravljalo tijekom ovog procesa, pridonijele su razgraničenju prirodne znanosti i religije.

Tajanstveni i čarobni svijet astronomije privlači pozornost čovječanstva od davnina. Ljudi su dizali glave prema zvjezdanom nebu i postavljali vječna pitanja zašto zvijezde mijenjaju svoj položaj, zašto dolazi dan i noć, zašto negdje zavija mećava, a negdje u pustinji plus 50...

Kretanje svjetiljki i kalendara

Većina planeta u Sunčevom sustavu kruži oko sebe. U isto vrijeme, svi oni čine revolucije oko Sunca. Neki to rade brzo i brzo, drugi polako i ozbiljno. Planet Zemlja nije iznimka, on se neprestano kreće u svemiru. Još u davnim vremenima ljudi su, ne znajući uzroke i mehanizam ovog kretanja, 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 osi je Zemljin dan. A potpuni prolazak našeg planeta u elipsoidnoj orbiti oko zvijezde je kalendarska godina.

Ako stojite na Sjeverni pol i nacrtati zamišljenu os kroz Zemlju do Južnog pola, ispada da se naš planet kreće od zapada prema istoku. Zapamtite, čak iu "Riječi o Igorovom pohodu" kaže se da "Sunce izlazi na izlasku"? Istok se uvijek susreće sunčeve zrake prije zapada. Iz tog razloga Nova godina na Daleki istok dolazi ranije nego u Moskvi.

Istodobno, znanstvenici su utvrdili da su samo dvije točke na našem planetu u statičnom položaju u odnosu na Sjeverni i Južni pol.

luda brzina

Sva ostala mjesta na planeti su u neprestanom kretanju. Kolika je brzina Zemljine revolucije oko Sunca? Na ekvatoru je najveća i doseže 1670 km na sat. Bliže srednjim geografskim širinama, na primjer, u Italiji, brzina je već znatno niža - 1200 km na sat. I što je bliže polovima, to je sve manji.

Period rotacije Zemlje oko svoje osi je 24 sata. To kažu znanstvenici. Mi to zovemo lakše – dan.

Kolikom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca?

350 puta brži od trkaćeg automobila

Osim rotacije oko svoje osi, Zemlja također čini elipsoidno kretanje oko zvijezde zvane Sunce. S kojom brzinom Znanstvenici su davno izračunali ovaj pokazatelj koristeći složene formule i izračune. Brzina Zemlje oko Sunca je 107 tisuća kilometara na sat.

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

Čini nam se da raste i raste, da je Zemlja nepomična, a svjetiljka čini krug na nebu. Vrlo dugo vremenačovječanstvo je mislilo upravo tako, dok znanstvenici nisu dokazali: sve se događa obrnuto. Danas čak i školarac zna što se događa u svijetu: planeti se glatko i svečano kreću oko Sunca, a ne obrnuto. Zemlja se okreće oko Sunca, i to uopće ne na način na koji su stari ljudi vjerovali.

Dakle, saznali smo da je brzina rotacije Zemlje oko svoje osi i Sunca 1670 km na sat (na ekvatoru) odnosno 107 tisuća kilometara na sat. Wow, letimo!

sunčeva i zvjezdana godina

Puni krug, odnosno eliptični oval, planet Zemlja obiđe oko Sunca za 356 dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Astronomi te brojeve nazivaju "astrološka godina". Stoga na pitanje "Kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca?" odgovaramo jednostavno i sažeto: "Godina". Ova brojka ostaje nepromijenjena, ali iz nekog razloga, jednom svake četiri godine imamo prijestupna godina, u kojem jedan dan više.

Samo što su se astronomi odavno složili da se dodatnih 5 i pol sati ne računa svake godine, nego su odabrali broj astronomske godine, višekratnik dana. Dakle, godina ima 365 dana. Ali kako s vremenom ne bi došlo do kvara, kako se prirodni ritmovi ne bi pomaknuli u vremenu, svake četiri godine u kalendaru se u veljači pojavi jedan dan više. Ove četvrtine dana za 4 godine se "skupljaju" u cijeli dan - i slavimo prijestupnu godinu. Dakle, odgovarajući na pitanje kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca, slobodno recite jednu godinu.

U znanstvenom svijetu postoje koncepti "solarne godine" i "zvjezdane (sideričke) godine". Razlika između njih je oko 20 minuta i nastaje zbog činjenice da naš planet kruži brže nego što se Sunce vraća na mjesto koje su astronomi identificirali kao proljetni ekvinocij. Brzinu Zemljine revolucije oko Sunca već znamo, a ukupno razdoblje Zemljine revolucije oko Sunca je 1 godina.

Dani i godine na drugim planetima

Devet planeta Sunčevog sustava ima svoje "pojmove" o brzini, o tome što je dan, a što astronomska godina.

Planet Venera se, primjerice, okrene oko sebe 243 zemaljska dana. Možete li zamisliti koliko toga možete učiniti tamo u jednom danu? A koliko je duga noć!

Ali na Jupiteru je suprotno. Ovaj se planet vrti oko svoje osi ogromnom brzinom i uspijeva završiti rotaciju od 360 stupnjeva za 9,92 sata.

Brzina prolaska Zemlje u orbiti oko Sunca je godina (365 dana), ali Merkur samo 58,6 zemaljskih dana. Na Marsu, Zemlji najbližem planetu, dan traje gotovo jednako kao i na Zemlji - 24 i pol sata, ali je godina gotovo duplo duža - 687 dana.

Revolucija Zemlje oko Sunca je 365 dana. Sada pomnožimo ovu brojku sa 247,7 i dobijemo jednu godinu na planetu Pluton. Imamo tisućljeće, a na najudaljenijem planetu Sunčevog sustava - samo četiri godine.

Ovdje su takve paradoksalne vrijednosti i brojke zastrašujuće u svojim razmjerima.

Tajanstvena elipsa

Da bismo razumjeli zašto se na planeti Zemlji periodično mijenjaju godišnja doba, zašto mi, u srednja traka, a zimi je hladno, važno je ne samo odgovoriti na pitanje kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca, nego kojom stazom. Također morate razumjeti kako ona to radi.

I to ne radi u krugu, već u elipsi. Ako nacrtamo orbitu Zemlje oko Sunca, tada ćemo vidjeti da je najbliža svjetiljki u siječnju, a najudaljenija - u srpnju. Najbliža točka položaja Zemlje u orbiti naziva se perihel, a najudaljenija točka afel.

Budući da zemljina os nije u strogo okomitom položaju, već je otklonjena za oko 23,4 stupnja, a u odnosu na elipsoidnu orbitu kut nagiba raste na 66,3 stupnja, ispada da u različitim položajima Zemlja izlaže Suncu različite strane.

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

Okreni se, svjetiljo zemaljska!

Okreće li se sunce oko nečega? Naravno! U prostoru nema apsolutno nepomičnih objekata. Svi planeti, svi njihovi sateliti, svi kometi i asteroidi vrte se kao sat. Naravno, različita nebeska tijela imaju različite brzine rotacije i kut nagiba osi, ali ipak su uvijek u pokretu. Ni Sunce, koje je zvijezda, nije iznimka.

Sunčev sustav nije samostalan zatvoreni prostor. Ulazi u ogromnu spiralnu galaksiju zvanu Mliječni put. Ona pak uključuje još čak 200 milijardi zvijezda. Sunce se kreće kružno oko središta ove galaksije. Brzinu rotacije Sunca oko svoje osi i galaksije Mliječni put znanstvenici su također izračunali koristeći dugotrajna promatranja i matematičke formule.

Danas postoje takvi podaci. Vaš puni ciklus kružnog kretanja mliječna staza Sunce putuje za 226 milijuna godina. U astronomskoj znanosti ova se brojka naziva "galaktička godina". Štoviše, ako zamislimo površinu galaksije kao ravnu, tada naše svjetlilo čini male fluktuacije gore-dolje, završavajući naizmjenično na sjevernoj i južnoj hemisferi Mliječnog puta. Učestalost takvih fluktuacija je 30-35 milijuna godina.

Znanstvenici vjeruju da je Sunce tijekom postojanja Galaksije uspjelo napraviti 30 potpunih revolucija oko Mliječnog puta. Dakle, Sunce je dosad živjelo samo 30 galaktičkih godina. Barem tako tvrde znanstvenici.

Većina znanstvenika vjeruje da je život na Zemlji nastao prije 252 milijuna godina. Dakle, može se tvrditi da su se prvi živi organizmi na Zemlji pojavili kada je Sunce napravilo svoj 29. krug oko Mliječne staze, odnosno u 29. godini svog galaktičkog života.

Tijelo i plinovi gibaju se različitim brzinama

Puno smo naučili Zanimljivosti. Brzinu rotacije Zemlje oko Sunca već znamo, saznali smo što je astronomska i galaktička godina, kojom brzinom se Zemlja i Sunce kreću po svojim putanjama, a sada ćemo odrediti kojom brzinom se Sunce okreće oko osi.

Činjenicu da Sunce rotira uočili su još stari istraživači. Slične mrlje povremeno su se pojavljivale na njemu, a zatim nestajale, što je omogućilo zaključak da se okreće oko svoje osi. Ali kojom brzinom? Znanstvenici, koji imaju najsuvremenije metode istraživanja, raspravljali su o tome jako dugo.

Uostalom, naše svjetiljke ima vrlo složen sastav. Tijelo mu je čvrsto. Unutra je čvrsta jezgra, oko koje se nalazi vrući tekući omotač. Iznad je tvrda kora. Uz sve to, površina Sunca je obavijena vrelim plinom koji neprestano gori. To je težak plin koji se uglavnom sastoji od vodika.

Dakle, samo tijelo Sunca rotira sporo, a ovaj gorući plin - brzo.

25 dana i 22 godine

Vanjski omotač Sunca napravi potpunu rotaciju oko svoje osi za 27 i pol dana. Astronomi su to uspjeli utvrditi promatrajući sunčeve pjege. Ali ovo je prosjek. Na primjer, na ekvatoru se okreću brže i naprave revoluciju oko osi za 25 dana. Na polovima se sunčeve pjege kreću brzinom od 31 do 36 dana.

Tijelo same zvijezde okrene se oko svoje osi za 22,14 godina. Općenito, u stotinu godina zemaljskog života Sunce će se oko svoje osi okrenuti samo četiri i pol puta.

Zašto znanstvenici tako precizno proučavaju brzinu rotacije naše zvijezde?

Zato što daje odgovore na mnoga pitanja evolucije. Uostalom, zvijezda Sunce je izvor života za sav život na Zemlji. Upravo zbog baklji na Suncu, prema mnogim istraživačima, život se pojavio na Zemlji (prije 252 milijuna godina). I upravo su zbog ponašanja Sunca dinosauri i drugi gmazovi umrli u davna vremena.

Svijetli nam, Sunce!

Ljudi se stalno pitaju hoće li Sunce iscrpiti svoju energiju, hoće li se ugasiti? Naravno, ugasit će se - ništa na svijetu nije vječno. A za takve masivne zvijezde postoji vrijeme rođenja, aktivnosti i raspada. Ali zasad je Sunce u sredini evolucijskog ciklusa i ima dovoljno energije. Usput, na samom početku ova je zvijezda bila manje sjajna. Astronomi su utvrdili da je u najranijim fazama razvoja Sunčev sjaj bio 70 posto manji nego sada.