Kretanje oko osi rotacije jedna je od najčešćih vrsta kretanja objekata u prirodi. U ovom članku razmotrit ćemo ovu vrstu kretanja s gledišta dinamike i kinematike. Također dajemo formule koje se odnose na glavne fizikalne veličine.

O kakvom pokretu govorimo?

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

Kao što možete vidjeti, važan element vrste kretanja koja se razmatra je os rotacije. Svaka točka tijela proizvoljnog oblika čini kružne pokrete oko sebe. Udaljenost od točke do osi naziva se polumjer rotacije. Mnoga svojstva cijelog mehaničkog sustava ovise o njegovoj vrijednosti, na primjer, moment tromosti, linearna brzina i drugo.

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. Ova se veličina opisuje kao vektorski umnožak primijenjene sile F¯ i vektor udaljenosti od točke njezine primjene do osi r¯, odnosno:

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

Količina I naziva se momentom tromosti. Ovisi i o obliku tijela i o raspodjeli mase unutar njega i o udaljenosti do osi rotacije. Za materijalnu točku izračunava se po formuli:

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

Ovdje je p¯ linearni impuls.

Zakon održanja zamaha L¯ obično se zapisuje u sljedećem obliku:

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

Kinematika rotacije

Za razliku od dinamike, ova grana fizike razmatra isključivo praktične važne veličine povezane s promjenom položaja tijela u prostoru tijekom vremena. Odnosno, predmeti proučavanja kinematike rotacije su brzine, ubrzanja i kutovi rotacije.

Najprije uvedemo kutnu brzinu. Podrazumijeva se kao kut kroz koji se tijelo okreće u jedinici vremena. Formula za trenutnu kutnu brzinu je:

Ako tijelo rotira pod jednakim kutovima u jednakim vremenskim intervalima, tada se rotacija naziva jednolikom. 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 neujednačene rotacije koristi se koncept kutnog ubrzanja 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 se tijelo u početku jednoliko okretalo brzinom ω 0, a zatim počelo povećavati 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 vam omogućuje da izračunate broj okretaja koji 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, oni mogu značiti i 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. Posljednja činjenica objašnjava zašto je, s povećanjem polumjera rotacije, teže zadržati tijelo na kružnoj putanji (povećavaju se njegova linearna brzina i, kao rezultat, inercijalne sile).

Zadatak izračunavanja brzine rotacije oko svoje osi Zemlje

Svi znaju da naš planet u Sunčevom sustavu obavlja 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 za 24 sata (točna vrijednost je 23 sata 56 minuta 4,1 sekunde). Tada će vrijednost ω biti jednaka:

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

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

Izračunajmo linearnu brzinu v za točke koje leže na površini planeta na zemljopisnoj širini ekvatora. Budući da je Zemlja spljoštena lopta, ekvatorijalni polumjer je nešto veći od polarnog. To 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 veće od brzine zvuka u zraku (1235 km/h).

Rotacija Zemlje oko svoje osi dovodi do pojave takozvane Coriolisove sile, što treba uzeti u obzir prilikom letenja balističkih projektila. Uzrok je i mnogih atmosferskih pojava, poput odstupanja smjera pasata prema zapadu.

Zemlja je stalno u pokretu, okrećući se oko Sunca i oko svoje osi. Ovo kretanje i stalni nagib Zemljine osi (23,5°) određuju mnoge efekte koje promatramo kao normalne pojave: noć i dan (zbog rotacije Zemlje oko svoje osi), promjenu godišnjih doba (zbog nagib Zemljine osi), te različitu klimu u različitim područjima. Globusi se mogu rotirati i njihova os ima nagib poput Zemljine osi (23,5°), tako da uz pomoć globusa možete prilično precizno pratiti kretanje Zemlje oko svoje osi, a uz pomoć "Zemlja - Sunce" " sustav možete pratiti kretanje Zemlje oko Sunca.

Rotacija Zemlje oko svoje osi

Zemlja rotira oko svoje 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 izvrši jedan potpuni okret oko vlastite osi. Dan i noć su posljedica rotacije Zemlje. Kutna brzina Zemljine rotacije oko svoje osi, odnosno kut za koji se okreće bilo koja točka na Zemljinoj površini, jednak je. U jednom satu je 15 stupnjeva. Ali linearna brzina rotacije bilo gdje na ekvatoru je otprilike 1669 kilometara na sat (464 m/s), smanjujući se na nulu na polovima. Na primjer, brzina rotacije na zemljopisnoj širini od 30° je 1445 km/h (400 m/s).
Rotaciju Zemlje ne primjećujemo iz jednostavnog razloga što se svi objekti oko nas kreću paralelno i istovremeno istom brzinom i nema "relativnih" kretanja objekata oko nas. Ako se, primjerice, brod kreće ravnomjerno, bez ubrzanja i usporavanja po moru po mirnom vremenu, bez valova na površini vode, uopće nećemo osjetiti kako se takav brod kreće ako smo u kabini bez prozora. , budući da će se svi objekti unutar kabine kretati paralelno s nama i brodom.

Kretanje Zemlje oko Sunca

Dok se Zemlja okreće oko svoje osi, ona također rotira oko Sunca od zapada prema istoku u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, gledano sa sjevernog pola. Zemlji je potrebna jedna siderična godina (oko 365,2564 dana) da izvrši jedan potpuni okret oko Sunca. Put 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 Zemljine putanje koja je najbliža Suncu naziva se perihel. Zemlja prolazi ovu točku početkom siječnja. Točka Zemljine putanje 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 u animaciji) počinje ubrzavati, au siječnju maksimalna (30,27 km/s) i nakon prolaska počinje usporavati perihel (donja crvena točka). ).
Dok Zemlja napravi jedan okret oko Sunca, ona prevlada udaljenost jednaku 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 jednom okrene oko svoje osi za 24 sata (365 puta godišnje).
Zapravo, ako promatramo kretanje Zemlje skrupuloznije, onda je to mnogo kompliciranije, budući da na Zemlju utječu različiti čimbenici: rotacija Mjeseca oko Zemlje, privlačenje 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;
• gibanje u odnosu na središte Lokalne skupine galaksija i drugo.

Zemljino gibanje oko vlastite ose

Rotacija Zemlje oko svoje osi(Sl. 1). Za Zemljinu os se uzima zamišljena linija oko koje se okreće. Ova os je odstupljena za 23°27" od okomice na ravninu ekliptike. Zemljina os se siječe sa zemljinom površinom u dvije točke - pol - sjeverni i južni. Kada se gleda sa sjevernog pola, dolazi do Zemljine rotacije u smjeru suprotnom od kazaljke na satu ili, kako se obično vjeruje, sa zapada prema istoku. Planet napravi potpunu rotaciju oko svoje osi u jednom danu.

Riža. 1. Rotacija Zemlje oko svoje osi

Dan je jedinica vremena. Odvojeni zvjezdani i solarni dani.

zvjezdani dan je količina vremena potrebnog 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 jednak 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 obrnuto proporcionalna geografskoj širini: na ekvatoru je 464 m / s, a na zemljopisnoj širini od 65 ° - samo 195 m / s.

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

Kada se Zemlja okreće, stvara 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 ju je izračunao francuski znanstvenik iz područja mehanike G. Coriolis (1792.-1843.). Ovo je jedna od inercijskih sila koja se uvodi kako bi se uzeo u obzir utjecaj rotacije pokretnog referentnog okvira na relativno gibanje materijalne točke. Njegov učinak može se ukratko izraziti na sljedeći način: svako pokretno tijelo na sjevernoj hemisferi skreće udesno, a na južnoj - ulijevo. Na ekvatoru je Coriolisova sila nula (slika 3).

Riža. 3. Djelovanje Coriolisove sile

Djelovanje Coriolisove sile proteže se na mnoge fenomene geografskog omotača. Njegov odbojni učinak posebno je vidljiv u smjeru kretanja zračnih masa. Pod utjecajem sile odbijanja Zemljine rotacije, vjetrovi umjerenih širina obiju hemisfera poprimaju pretežno zapadni smjer, au tropskim geografskim širinama - istočni. Slična manifestacija Coriolisove sile nalazi se u smjeru kretanja oceanskih voda. Asimetrija riječnih dolina također je povezana s ovom silom (desna obala je obično visoka na sjevernoj hemisferi, na južnoj - lijeva).

Rotacija Zemlje oko svoje osi također dovodi do kretanja sunčeve svjetlosti po zemljinoj površini od istoka prema zapadu, tj. do promjene dana i noći.

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

Druga posljedica rotacije Zemlje oko svoje osi je razlika u vremenu u različitim točkama na našem planetu.

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

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

Meridian 180° prihvaćen kao međunarodni linija za mjerenje datuma- uvjetna crta na površini globusa, s obje strane koje se sati i minute podudaraju, a kalendarski datumi razlikuju se za jedan dan.

Za racionalnije korištenje dnevnog svjetla ljeti 1930. naša zemlja uvodi vrijeme trudnoće, ispred zone za jedan sat. Da bi se to učinilo, kazaljke na satu pomaknute su za jedan sat unaprijed. S tim u vezi, Moskva, budući da je u drugoj vremenskoj zoni, živi prema vremenu treće vremenske zone.

Od 1981. godine, između travnja i listopada, vrijeme se pomiče za 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. Radi praktičnosti, smatra se da u godini ima 365 dana, a svake četiri godine, kada se 24 sata od šest sati „nakupe“, nema 365, već 366 dana u godini. Ova godina se zove prijestupna godina, a veljači se dodaje jedan dan.

Put u svemiru kojim 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(iz grčkog. peri- blizu, oko i helios- Sunce) - najbliža točka orbite Suncu - 3. siječnja, udaljenost je 147 milijuna km. U ovo je vrijeme na sjevernoj hemisferi zima. Najdalja udaljenost od Sunca u afelija(iz grčkog. aro- daleko od i helios- Sunce) - najveća udaljenost od Sunca - 5. srpnja. To je jednako 152 milijuna km. U ovo je vrijeme ljeto na sjevernoj hemisferi.

Riža. 4. Kretanje Zemlje oko Sunca

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

Prilikom kretanja u orbiti, smjer zemljine osi se ne mijenja, uvijek je usmjeren prema Sjevernjači.

Kao rezultat promjene udaljenosti od Zemlje do Sunca, kao i zbog nagiba Zemljine osi prema ravnini njenog kretanja oko Sunca, na Zemlji se tijekom godine uočava neravnomjerna raspodjela sunčevog zračenja. . Tako se mijenjaju godišnja doba, što je tipično za sve planete koji imaju nagib osi rotacije prema ravnini svoje orbite. (ekliptika) različit od 90°. Orbitalna brzina planeta na sjevernoj hemisferi veća je zimi, a niža ljeti. Dakle, zimsko polugodište traje 179, a ljetno - 186 dana.

Kao rezultat kretanja Zemlje oko Sunca i nagiba Zemljine osi prema ravnini njezine orbite za 66,5 °, na našem planetu se ne opaža samo promjena godišnjih doba, već i promjena duljine dana i noć.

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

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

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

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

Najduži dan i najkraća noć javljaju se na ljetni solsticij.

Riža. 5. Osvjetljenje Zemlje Suncem u dane ekvinocija

Solsticij- trenutak prolaska središtem Sunca točaka ekliptike, najudaljenijih od ekvatora (točke solsticija). 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 nisu osvijetljena samo polarna područja, već i prostor iza njih do geografske širine 66 ° 33" ( Arktički krug). Na južnoj hemisferi u ovom trenutku se ispostavlja da je osvijetljen samo onaj njezin dio koji leži između ekvatora i južnog arktičkog kruga (66 ° 33 "). Iznad njega, na današnji dan, površina zemlje nije osvijetljena.

Na dan zimskog solsticija 21.-22. prosinca sve se događa obrnuto (slika 6.). Sunčeve zrake već padaju na južni trop. Na južnoj hemisferi osvijetljena su područja koja se nalaze ne samo između ekvatora i tropa, već i oko Južnog pola. Ovakvo stanje traje do proljetnog ekvinocija.

Riža. 6. Osvjetljenje Zemlje na dan zimskog solsticija

Na dvije paralele Zemlje u dane solsticija, Sunce je u podne neposredno iznad glave promatrača, odnosno u zenitu. Takve paralele se nazivaju tropima. Na tropiku sjevera (23° S) Sunce je u zenitu 22. lipnja, na tropiku juga (23° S) 22. prosinca.

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

arktičkim krugovima izvanredne po tome što su granice područja gdje postoje polarni dani i noći.

polarni dan- razdoblje kada sunce ne pada ispod horizonta. Što je dalje od arktičkog kruga blizu pola, polarni dan je duži. Na geografskoj širini arktičkog kruga (66,5°) traje samo jedan dan, a na polu 189 dana. Na sjevernoj hemisferi na geografskoj širini arktičkog kruga polarni dan se promatra 22. lipnja - na dan ljetnog solsticija, a na južnoj hemisferi na geografskoj širini južnog arktičkog kruga - 22. prosinca.

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

Nemoguće je ne primijetiti tako prekrasan prirodni fenomen kao što su bijele noći. Bijele noći- to su svijetle noći na početku ljeta, kada se večernja zora spaja s jutarnjom, a sumrak traje cijelu noć. Oni se opažaju na obje hemisfere na geografskim 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 Arkhangelsku (64°N) od 13. svibnja do 30. srpnja.

Sezonski ritam u vezi s godišnjim kretanjem prvenstveno utječe na osvijetljenost zemljine površine. Ovisno o promjeni visine Sunca iznad horizonta na Zemlji, postoji pet pojasevi za rasvjetu. Vrući pojas leži između sjevernog i južnog tropa (trop Raka i Tropik Jarca), zauzima 40% zemljine površine i odlikuje se najvećom količinom topline koja dolazi od Sunca. Između tropa i arktičkih krugova na južnoj i sjevernoj hemisferi postoje umjerene zone osvjetljenja. Ovdje su već izražena godišnja doba: što je dalje od tropa, ljeto je kraće i svježije, zima je duža i hladnija. Polarni pojasevi na sjevernoj i južnoj hemisferi ograničeni su polarnim krugovima. Ovdje je visina Sunca iznad horizonta tijekom godine niska, pa je količina sunčeve topline minimalna. Polarne zone karakteriziraju polarni dani i noći.

Ovisno o godišnjem kretanju Zemlje oko Sunca, ne dolazi samo do smjene godišnjih doba i s tim povezanog neravnomjernog osvjetljenja zemljine površine po geografskim širinama, već i do značajnog dijela procesa u geografskom omotaču: sezonskih vremenskih promjena, režim rijeka i jezera, ritam u životu biljaka i životinja, vrste i termini poljoprivrednih radova.

Kalendar.Kalendar- sustav za izračun dugih vremenskih razdoblja. Ovaj se sustav temelji na periodičnim prirodnim pojavama povezanim s kretanjem nebeskih tijela. Kalendar koristi astronomske fenomene - smjenu godišnjih doba, dana i noći, promjenu mjesečevih faza. Prvi kalendar bio je egipatski, nastao u 4. stoljeću. PRIJE KRISTA e. Julije Cezar je 1. siječnja 45. uveo julijanski kalendar, koji još uvijek koristi Ruska pravoslavna crkva. Zbog činjenice da je trajanje julijanske godine duže od astronomske za 11 minuta i 14 sekundi, do 16. stoljeća. nakupila se "pogreška" od 10 dana - dan proljetnog ekvinocija nije došao 21. ožujka, već 11. ožujka. Ta je pogreška ispravljena 1582. dekretom pape Grgura XIII. Brojenje dana pomaknuto je za 10 dana unaprijed, a dan nakon 4. listopada propisan je da se smatra petak, ali ne 5. listopada, nego 15. listopada. Proljetni ekvinocij ponovno je vraćen na 21. ožujka, a kalendar je postao poznat kao gregorijanski. Uveden je u Rusiji 1918. Međutim, ima i niz nedostataka: neujednačeno trajanje mjeseci (28, 29, 30, 31 dan), nejednakost tromjesečja (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) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\desno)\omega ), gdje R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - ekvatorijalni polumjer, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - polarni polumjer.

• Zrakoplov koji leti ovom brzinom od istoka prema zapadu (na visini od 12 km: 936 km/h na geografskoj širini Moskve, 837 km/h na geografskoj širini Sankt Peterburga) mirovat će u inercijskom referentnom okviru .
• Superpozicija Zemljine rotacije oko svoje osi s periodom od jednog sideralnog dana i oko Sunca s periodom od jedne godine dovodi do nejednakosti solarnog i sideralnog dana: duljina prosječnog sunčevog dana iznosi točno 24 sata, što je 3 minute 56 sekundi dulje 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 jednog ili drugog tijela. Kada kažu da se Zemlja okreće oko zamišljene osi, to znači da vrši rotacijsko gibanje u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir, a period te rotacije jednak je sideralnim danima - razdoblju potpune revolucije Zemlje (nebeski sfera) u odnosu na nebesku sferu (Zemlju).

Svi eksperimentalni dokazi Zemljine rotacije oko svoje osi svode se na dokaz da je referentni okvir povezan sa Zemljom neinercijalni referentni okvir posebne vrste - referentni okvir koji vrši rotacijsko gibanje u odnosu na inercijalne okvire referenca.

Za razliku od inercijalnog gibanja (odnosno jednolikog pravolinijskog gibanja u odnosu na inercijalne referentne okvire), za otkrivanje neinercijalnog gibanja zatvorenog laboratorija nije potrebno vršiti opažanja na vanjskim tijelima - takvo se gibanje detektira pomoću lokalnih eksperimenata (tj. , pokusi izvedeni unutar ovog laboratorija). U tom smislu riječi, neinercijalno kretanje, 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 zemljine površine koje se nalaze na višim geografskim širinama bliže su osi rotacije i, stoga, 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 vertikalne komponente centrifugalne sile.

Taj je fenomen otkriven 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 gravitacijskog ubrzanja, koje se na ekvatoru smanjuje zbog centrifugalne sile.

Spljoštenje Zemlje. Utjecaj centrifugalne sile dovodi do spljoštenosti Zemlje na polovima. Ovu pojavu, koju su predvidjeli Huygens i Newton krajem 17. stoljeća, prvi je otkrio Pierre de Maupertuis kasnih 1730-ih kao rezultat obrade podataka dviju francuskih ekspedicija posebno opremljenih za rješavanje ovog problema u Peruu (predvođenih Pierreom Bouguerom i Charles de la Condamine) i Laponija (koju predvode Alexis Clero i sam Maupertuis).

Učinci Coriolisove sile: laboratorijski pokusi

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

Žiroskop- rotirajuće tijelo sa značajnim momentom tromosti zadržava kutni moment ako nema jakih perturbacija. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja što se dogodilo s Foucaultovim njihalom koji nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop je zadržao svoju orijentaciju, što znači da se polako rotirao u odnosu na promatrača.

Otklon projektila tijekom pucanja iz pištolja. Druga vidljiva manifestacija Coriolisove sile je otklon putanja 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 Zemljine rotacije o geografskoj širini: kada se kreće od ekvatora do pola, projektil zadržava horizontalnu komponenta brzine je nepromijenjena, dok se linearna brzina rotacije točaka na zemljinoj površini smanjuje, što dovodi do pomaka projektila od meridijana u smjeru Zemljine rotacije. Ako je hitac ispaljen paralelno s ekvatorom, tada je pomak projektila iz paralele posljedica činjenice da putanja projektila leži u istoj ravnini sa središtem Zemlje, dok se točke na zemljinoj površini kreću u ravnina okomita na os rotacije Zemlje. Taj je učinak (za slučaj pucanja duž meridijana) predvidio Grimaldi 40-ih godina 17. stoljeća. a prvi put je objavio Riccioli 1651.

Odstupanje tijela koja slobodno padaju od vertikale. ( ) Ako brzina tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena na istok, što dovodi do odgovarajućeg odstupanja putanje tijela koje slobodno (bez početne brzine) pada s visokog tornja. Kada se promatra u inercijskom 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 a tijelo je malo ispred osnove tornja.

Eötvös efekt. Na niskim geografskim širinama Coriolisova sila je pri kretanju uzduž zemljine površine usmjerena u okomitom smjeru i njezino djelovanje dovodi do povećanja ili smanjenja ubrzanja slobodnog pada, ovisno o tome kreće 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.

Eksperimenti korištenjem zakona održanja kutnog momenta. Neki eksperimenti temelje se na zakonu održanja količine gibanja: u inercijskom referentnom okviru vrijednost zamaha (jednaka umnošku momenta/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 inercijski referentni okvir jednaka kutnoj brzini Zemljine rotacije. Ako promijenite moment inercije sustava, tada bi se trebala promijeniti kutna brzina njegove rotacije, odnosno počet će rotacija u odnosu na Zemlju. U neinercijskom referentnom okviru povezanom sa Zemljom, rotacija nastaje kao rezultat djelovanja Coriolisove sile. Ovu ideju predložio je francuski znanstvenik Louis Poinsot 1851. godine.

Prvi takav eksperiment postavio je Hagen 1910.: dva utega na glatku prečku postavljena su nepomično u odnosu na površinu Zemlje. Tada je razmak između tereta smanjen. Kao rezultat toga, instalacija je došla u rotaciju. Još ilustrativniji eksperiment napravio je njemački znanstvenik Hans Bucka 1949. Šipka duga oko 1,5 metara postavljena je okomito na pravokutni okvir. U početku je šipka bila horizontalna, instalacija je bila stacionarna u odnosu na Zemlju. Zatim je štap doveden u okomiti položaj, što je dovelo do promjene momenta tromosti instalacije za oko 10 4 puta i njezine brze rotacije s kutnom brzinom 10 4 puta većom od brzine vrtnje Zemlje.

Lijevak u kadi.

Budući da je Coriolisova sila vrlo slaba, zanemarivo utječe na smjer vrtloga vode pri ispuštanju u sudoper ili kadu, pa općenito smjer rotacije u lijevku nije povezan s rotacijom Zemlje. Samo u pomno kontroliranim eksperimentima moguće je odvojiti učinak Coriolisove sile od drugih čimbenika: na sjevernoj hemisferi lijevak će se zakrenuti u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi - obrnuto.

Učinci Coriolisove sile: fenomeni u okolišu

Optički eksperimenti

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

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

gdje A (\displaystyle A)- područje projekcije prstena na ekvatorijalnu ravninu (ravninu okomitu na os rotacije), c (\displaystyle c)- brzina svjetlosti, ω (\displaystyle \omega)- kutna brzina rotacije. Kako bi demonstrirao rotaciju Zemlje, ovaj je efekt upotrijebio američki fizičar Michelson u nizu eksperimenata provedenih 1923.-1925. U suvremenim eksperimentima koji koriste Sagnacov učinak, rotacija Zemlje mora se uzeti u obzir za kalibraciju prstenastih interferometara.

Postoji niz drugih eksperimentalnih demonstracija dnevne rotacije Zemlje.

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. Prema nekim rekonstrukcijama, pitagorejac Filolaj iz Krotona (5. st. pr. Kr.) je također tvrdio rotaciju Zemlje. Izjava koja se može protumačiti kao naznaka rotacije Zemlje sadržana je u Platonovom dijalogu Timej .

Međutim, o Giketi i Ekfantu se gotovo ništa ne zna, pa se čak i samo njihovo postojanje ponekad dovodi u pitanje. Prema mišljenju većine znanstvenika, Zemlja u sustavu svijeta Filolausa nije se rotirala, već se kretala naprijed oko Centralne vatre. U svojim drugim spisima Platon slijedi tradicionalni pogled na nepokretnost Zemlje. Međutim, dobili smo brojne dokaze da je ideju o rotaciji Zemlje branio filozof Heraklid Pontijski (4. stoljeće 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.

Otprilike stoljeće 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 babilonski Seleuk (II. stoljeće pr. Kr.), kao i Heraklid Pontijski, koji je svemir smatrao beskonačnim. Činjenica da je ideja o dnevnoj rotaciji Zemlje imala svoje pristaše već u 1. stoljeću nove ere. e., svjedoče neke izjave filozofa Seneke, Derkilida, astronoma Klaudija Ptolomeja. Ogromna većina astronoma i filozofa, međutim, nije sumnjala u nepokretnost Zemlje.

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

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

tijela u zraku uvijek će se činiti da zaostaju... A kada bi se tijela rotirala zajedno sa zrakom kao cjelina, onda se činilo da nijedno od njih nije ispred drugog ili da zaostaje za njim, već bi ostalo na mjestu, u letu i bacanju ne bi napravila odstupanja ili kretnje na drugo mjesto, kakve vidimo vlastitim očima da se dešavaju, a ne bi uopće usporile ili ubrzale, jer Zemlja nije nepomična.

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 (kraj V - početak VI stoljeća). Formulira ga na nekoliko mjesta u svojoj raspravi. Ariabhatia, Na primjer:

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

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

Aryabhatu je podržavao samo jedan astronom, Prthudaka (9. stoljeće). Većina indijskih znanstvenika branila je nepokretnost Zemlje. Tako je astronom Varahamihira (6. stoljeće) tvrdio da se na Zemlji koja se okreće ptice koje lete u zraku ne mogu vratiti u svoja gnijezda, a kamenje i drveće će odletjeti s površine Zemlje. Ugledni astronom Brahmagupta (6. stoljeće) također je ponovio stari argument da bi tijelo koje je palo s visoke planine moglo potonuti u svoje podnožje. Istovremeno je, međutim, odbacio jedan Varahamihirin argument: po njegovom mišljenju, čak i kada bi se Zemlja rotirala, objekti se zbog svoje gravitacije ne bi mogli odvojiti od nje.

islamski istok

Mogućnost Zemljine rotacije razmatrali su mnogi znanstvenici muslimanskog istoka. Tako je poznati 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 padajućih tijela. U suštini, istovremeno je navedeno načelo superpozicije gibanja prema kojem se svako kretanje može razložiti na dvije ili više komponenti: s obzirom na površinu rotirajuće Zemlje, tijelo koje pada giba se uzduž linije, ali bi se na nju prenijela točka koja je projekcija ove linije na Zemljinu površinu.rotacija. 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, onda će rezultat njezina djelovanja na rotirajuću Zemlju dovesti do nekih učinaka koji se zapravo ne opažaju.

Među znanstvenicima XIII-XVI stoljeća, povezanim s zvjezdarnicama Maraga i Samarkand, razvila se rasprava o mogućnosti empirijskog opravdanja nepokretnosti Zemlje. Tako je poznati astronom Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV stoljeće) vjerovao da se nepokretnost Zemlje može provjeriti eksperimentom. S druge strane, osnivač opservatorija Maraga, Nasir ad-Din at-Tusi, vjerovao je da ako se Zemlja rotira, onda će ta rotacija biti odvojena slojem zraka koji se nalazi uz njezinu površinu, a sva kretanja u blizini Zemljine površine dogodio bi se na potpuno isti način kao da je Zemlja nepomična. On je to opravdao uz pomoć opažanja kometa: prema Aristotelu, kometi su meteorološki fenomen u gornjim slojevima atmosfere; ipak, astronomska promatranja pokazuju da kometi sudjeluju u dnevnoj rotaciji nebeske sfere. Posljedično, gornji slojevi zraka su zahvaćeni rotacijom neba, pa stoga niži slojevi također mogu biti zahvaćeni rotacijom Zemlje. Dakle, eksperiment ne može odgovoriti na pitanje rotira li Zemlja. Međutim, on je ostao pobornik nepokretnosti Zemlje, jer je to bilo u skladu s Aristotelovom filozofijom.

Većina islamskih učenjaka kasnijeg vremena (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Jurdjani, al-Birjandi i drugi) složili su se s at-Tusijem da će sve fizičke pojave na rotirajućoj i stacionarnoj Zemlji rezultirati isti način. Međutim, uloga zraka u ovom slučaju više se nije smatrala temeljnom: ne samo zrak, već i sve objekte prenosi rotirajuća Zemlja. Stoga, da bi se opravdala nepokretnost Zemlje, potrebno je uključiti Aristotelovo učenje.

Poseban stav u ovim sporovima zauzeo je treći direktor opservatorija Samarkand, Alauddin Ali al-Kushchi (XV. stoljeće), koji je odbacio Aristotelovu filozofiju i smatrao da je rotacija Zemlje fizički moguća. U 17. stoljeću iranski teolog i učenjak-enciklopedist Baha al-Din al-Amili došao je do sličnog zaključka. Prema njegovom mišljenju, astronomi i filozofi nisu pružili dovoljno dokaza da opovrgnu rotaciju Zemlje.

latinski zapad

Detaljna rasprava o mogućnosti gibanja Zemlje naširoko je sadržana u spisima pariških skolastika Jeana Buridana, Alberta Saskog i Nicholasa Orema (druga polovica 14. stoljeća). Najvažniji argument u korist rotacije Zemlje, a ne neba, naveden u njihovim radovima, je malenost Zemlje u usporedbi sa Svemirom, što čini pripisivanje dnevne rotacije neba Svemiru krajnje neprirodnim.

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

Ali i ovaj argument je Oresme odbacio. Ako se Zemlja okreće, tada strijela leti okomito prema gore i istovremeno se kreće prema istoku, zarobljena zrakom koji rotira sa Zemljom. Dakle, strijela mora pasti na isto mjesto odakle je ispaljena. Iako se ovdje opet spominje zanosna uloga zraka, u stvarnosti on ne igra posebnu ulogu. To je ilustrirano sljedećom analogijom:

Slično, kada bi se zrak zatvorio u brodu u pokretu, tada bi se osobi okruženoj tim zrakom činilo da se zrak ne kreće... Da je osoba u brodu koji se kreće velikom brzinom prema istoku, ne znajući za ovaj pokret, a da je ispružio ruku u ravnoj liniji duž jarbola broda, učinilo bi mu se da mu ruka pravi pravocrtni pokret; na isti način, prema ovoj teoriji, čini nam se da se ista stvar događa i strijeli kada je ispalimo okomito gore ili okomito dolje. Unutar broda koji se velikom brzinom kreće prema istoku, mogu se dogoditi sve vrste gibanja: uzdužno, poprečno, dolje, gore, u svim smjerovima - i izgledaju potpuno isto kao kada brod miruje.

Nadalje, Orem daje formulaciju koja anticipira princip relativnosti:

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

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

Međutim, zasad svi podržavaju i vjerujem da se kreće [Nebo], a ne Zemlja, jer je „Bog stvorio krug Zemlje koji se neće tresti“, unatoč svim suprotnim argumentima.

Mogućnost dnevne rotacije Zemlje spominjali su i srednjovjekovni europski znanstvenici i filozofi kasnijeg vremena, 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 znanstvenici Istoka i Zapada iznijeli su mnoga duboka razmišljanja, koja će potom ponoviti znanstvenici New Agea.

Renesansa i moderno doba

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

U 16. stoljeću Kopernika su u potpunosti podržavali astronomi Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fizičari Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno, teolog Diego de Zuniga. Neki su znanstvenici prihvatili rotaciju Zemlje oko svoje osi, odbacujući njezino kretanje naprijed. To je bio stav njemačkog astronoma Nicholasa Reimersa, poznatog i kao Ursus, kao i talijanskih filozofa Andrea Cesalpina i Francesca Patricija. Nije sasvim jasno stajalište izvanrednog fizičara Williama Gilberta, koji je podržavao aksijalnu rotaciju Zemlje, ali nije govorio o njenom translacijskom kretanju. Početkom 17. stoljeća, heliocentrični sustav svijeta (uključujući rotaciju Zemlje oko svoje osi) dobio je impresivnu podršku Galilea Galileija i Johannesa Keplera. Najutjecajniji protivnici ideje o kretanju Zemlje u 16. - ranom 17. stoljeću bili su astronomi Tycho Brage i Christopher Clavius.

Hipoteza o rotaciji Zemlje i nastanku klasične mehanike

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

Protiv ove hipoteze izneseni su argumenti utemeljeni na dinamičnim idejama tog vremena. Prije svega, ovo je vertikalnost putanja padajućih tijela. Postojali su i drugi argumenti, na primjer, jednak domet vatre u smjeru istoka i zapada. Odgovarajući na pitanje o neuočljivosti učinaka dnevne rotacije u zemaljskim eksperimentima, Kopernik je napisao:

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

Dakle, zauzimanje zraka svojom rotacijom igra glavnu ulogu u neuočljivosti Zemljine rotacije. Ovo mišljenje dijelila je većina Kopernikanaca u 16. stoljeću.

Pristaše 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 dva također 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 pobornik rotacije Zemlje.

Religijski kontekst debate o rotaciji Zemlje

Brojni prigovori rotaciji Zemlje bili su povezani s njezinim proturječnostima s tekstom Svetog pisma. Ti su prigovori bili dvije vrste. Prvo, neka mjesta u Bibliji su citirana kako bi se potvrdilo da je Sunce ono koje čini svakodnevno kretanje, na primjer:

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

U ovom slučaju je pogođena aksijalna rotacija Zemlje, budući da je kretanje Sunca od istoka prema zapadu dio dnevne rotacije neba. S tim u vezi često se citira odlomak iz knjige Jošue:

Isus je pozvao Gospodina na dan kad je Gospodin predao Amoreje u ruke Izraela, kad ih je potukao u Gibeonu, te su bili tučeni pred sinovima Izraelovim, i rekao pred Izraelcima: Stani, sunce! je nad Gibeonom, a mjesec je nad dolinom Avalona. !

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

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

Smatralo se da su ti odlomci suprotni i ideji rotacije Zemlje oko svoje osi i revoluciji oko Sunca.

Pristaše rotacije Zemlje (osobito Giordano Bruno, Johann Kepler i posebno Galileo Galilei) branili su se u nekoliko smjerova. Najprije su istaknuli da je Biblija napisana jezikom razumljivim običnim ljudima, a da njezini autori daju znanstveno jasne formulacije, 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 datom slučaju i pogodnosti. Na primjer, ako umjesto riječi: "Sunce se rađa i izlazi, prolazi kroz podne i naginje se prema Akvilonu", mudrac je rekao: "Zemlja ide u krug prema istoku i, ostavljajući sunce koje zalazi, naginje se prema dva tropa, od Raka do juga, od Jarca do Aquila”, tada bi slušatelji počeli razmišljati: “Kako? Kaže li da se zemlja kreće? Kakva je ovo vijest? Na kraju bi ga smatrali budalom, i stvarno bi bio budalom.

Odgovori ove vrste davali su se uglavnom na prigovore o dnevnom kretanju Sunca. Drugo, napomenuto je da neke odlomke Biblije treba tumačiti alegorijski (vidi članak Biblijski alegorizam). Dakle, Galileo je primijetio da ako se Sveto pismo shvati potpuno doslovno, onda se ispostavi da Bog ima ruke, da je podložan emocijama kao što je bijes, itd. Općenito, glavna ideja branitelja doktrine pokreta Zemlje bila je 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 u vezi s tim citirao kardinala Baronija da Biblija uči kako se uzaći na nebo, a ne kako su nebesa stvorena.

Te je argumente Katolička crkva smatrala neuvjerljivima, te je 1616. zabranjena doktrina o rotaciji Zemlje, a 1631. Galileo je osuđen od Inkvizicije zbog svoje obrane. Međutim, izvan Italije ova zabrana nije imala značajniji utjecaj na razvoj znanosti i uglavnom je pridonijela padu autoriteta same Katoličke crkve.

Mora se dodati da su vjerske argumente protiv kretanja Zemlje iznijeli ne samo crkveni poglavari, već i znanstvenici (na primjer, Tycho Brage). S druge strane, katolički redovnik Paolo Foscarini napisao je kratki esej „Pismo o gledištima Pitagorejaca i Kopernika o pokretljivosti Zemlje i nepokretnosti Sunca i o novom pitagorejskom sustavu svemira“ (1615.), gdje je iznosio razmatranja bliska Galilejevima, a španjolski teolog Diego de Zuniga čak je koristio Kopernikovu teoriju za tumačenje nekih odlomaka Svetog pisma (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 starih (već zastarjelih početkom 17. stoljeća) i novih metodoloških načela. temeljna znanost.

Značaj hipoteze o rotaciji Zemlje za razvoj znanosti

Shvaćanje znanstvenih problema koje postavlja teorija rotirajuće Zemlje pridonijelo je otkrivanju zakona klasične mehanike i stvaranju nove kozmologije, koja se temelji na ideji beskonačnosti Svemira. O kojima se raspravljalo tijekom ovog procesa, proturječnosti između ove teorije i doslovnog čitanja Biblije pridonijele su razgraničenju prirodne znanosti i religije.

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

Kretanje svjetiljki i kalendara

Većina planeta u Sunčevom sustavu vrti se oko sebe. U isto vrijeme, svi oni prave revolucije oko Sunca. Neki to rade brzo i brzo, drugi polako i svečano. Planet Zemlja nije iznimka, stalno se kreće u svemiru. Još u davna vremena ljudi su, 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 zemaljski dan. A potpuni prolazak našeg planeta u elipsoidnoj orbiti oko zvijezde je kalendarska godina.

Ako stojite na Sjevernom polu i povučete zamišljenu os kroz Zemlju do Južnog pola, ispada da se naš planet kreće od zapada prema istoku. Sjećate se, čak se i u "Riječi o pohodu Igorovu" kaže da "Sunce izlazi na izlasku"? Istok se uvijek susreće sa sunčevim zrakama prije zapada. Zato nova godina na Dalekom istoku dolazi ranije nego u Moskvi.

Istodobno, znanstvenici su utvrdili da su samo dvije točke na našem planetu u statičkom položaju u odnosu na sjeverni i južni pol.

luda brzina

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

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

Koliko brzo se Zemlja okreće oko Sunca?

350 puta brže od trkaćeg automobila

Osim što se okreće oko svoje osi, Zemlja čini i elipsoidno kretanje oko zvijezde koja se zove Sunce. S kojom su brzinom znanstvenici davno izračunali ovaj pokazatelj koristeći složene formule i izračune. Brzina Zemlje oko Sunca je 107 tisuća kilometara na sat.

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

Čini nam se da se diže i diže, da je Zemlja nepomična, a svjetiljka pravi krug na nebu. Čovječanstvo je jako dugo razmišljalo upravo o tome, sve dok znanstvenici nisu dokazali da se sve 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 nimalo na način na koji su drevni ljudi prije 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. Vau, letimo!

solarna i zvezdana godina

Pun krug, ili bolje rečeno, eliptični oval, planeta Zemlja obiđe oko Sunca za 356 dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Astronomi te brojke nazivaju "astrološkom godinom". Stoga, na pitanje "Kolika je frekvencija Zemljine revolucije oko Sunca?" jednostavno i sažeto odgovaramo: „Godina“. Ovaj pokazatelj ostaje nepromijenjen, ali iz nekog razloga svake četiri godine imamo prijestupnu godinu u kojoj postoji još jedan dan.

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

U znanstvenom svijetu postoje koncepti "solarne godine" i "zvjezdane (siderske) 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. Već znamo brzinu Zemljine revolucije oko Sunca, a ukupno razdoblje Zemljine revolucije oko Sunca je 1 godina.

Dani i godine na drugim planetima

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

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

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

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

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

Evo takvih paradoksalnih vrijednosti i brojki koje su zastrašujuće u svojoj skali.

Tajanstvena elipsa

Da bismo razumjeli zašto se na planeti Zemlji povremeno mijenjaju godišnja doba, zašto je hladno u našoj srednjoj traci, a zimi hladno, važno je ne samo odgovoriti na pitanje koliko brzo Zemlja rotira oko Sunca i u kojoj put. Također morate razumjeti kako ona to radi.

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

Budući da Zemljina os nije u strogo okomitom položaju, već je odstupljena za oko 23,4 stupnja, a u odnosu na elipsoidnu orbitu, kut nagiba se povećava na 66,3 stupnja, ispada da u različitim položajima Zemlja izlaže Sunce različite strane.

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

Vrti se, zemaljsko svjetlo!

Okreće li se sunce oko nečega? Naravno! U svemiru ne postoje apsolutno nepomični objekti. 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. I Sunce, koje je zvijezda, nije iznimka.

Sunčev sustav nije neovisni zatvoreni prostor. Ulazi u ogromnu spiralnu galaksiju zvanu Mliječni put. Ona pak uključuje čak 200 milijardi zvijezda više. Sunce se kreće u krugu oko središta ove galaksije. Brzinu rotacije Sunca oko svoje osi i galaksije Mliječni put znanstvenici su također izračunali pomoću dugoročnih promatranja i matematičkih formula.

Danas postoje takvi podaci. Sunce završava svoj puni ciklus kružnog kretanja oko Mliječne staze za 226 milijuna godina. U astronomskoj znanosti ova brojka se naziva "galaktička godina". Štoviše, ako zamislimo površinu galaksije kao ravnu, tada naša svjetiljka čini male fluktuacije gore-dolje, završavajući naizmjenično u sjevernoj i južnoj hemisferi Mliječne staze. Učestalost takvih fluktuacija je 30-35 milijuna godina.

Znanstvenici vjeruju da je Sunce tijekom postojanja Galaksije uspjelo napraviti 30 potpunih okreta oko Mliječne staze. Dakle, Sunce je dosad živjelo samo 30 galaktičkih godina. Barem tako kažu znanstvenici.

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

Tijelo i plinovi se kreću različitim brzinama

Saznali smo puno zanimljivih činjenica. Već znamo brzinu rotacije Zemlje oko Sunca, saznali smo koja je astronomska i galaktička godina, koliko se brzo Zemlja i Sunce kreću po svojim putanjama, a sada ćemo odrediti kojom brzinom Sunce rotira oko osi .

Činjenicu da se Sunce rotira primijetili su drevni istraživači. Na njemu su se povremeno pojavljivale slične mrlje, a zatim nestajale, što je omogućilo zaključak da se rotira oko svoje osi. Ali kojom brzinom? Znanstvenici, koji su imali najsuvremenije metode istraživanja, raspravljali su o tome jako dugo.

Uostalom, naša svjetiljka ima vrlo složen sastav. Tijelo mu je čvrsto. Unutra je čvrsta jezgra, oko koje se nalazi vrući tekući plašt. Iznad njega je tvrda kora. Uz sve to, površina Sunca je obavijena vrućim plinom koji neprestano gori. To je teški plin koji se uglavnom sastoji od vodika.

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

25 dana i 22 godine

Vanjska ljuska Sunca napravi potpunu rotaciju oko svoje osi za 27 i pol dana. Astronomi su to uspjeli utvrditi promatranjem sunčevih pjega. Ali ovo je prosjek. Na primjer, na ekvatoru se rotiraju brže i naprave okret oko osi za 25 dana. Na polovima se sunčeve pjege kreću brzinom od 31 do 36 dana.

Tijelo same zvijezde rotira 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?

Jer 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, na Zemlji se pojavio život (prije 252 milijuna godina). A upravo su zbog ponašanja Sunca dinosauri i drugi gmazovi umrli u davna vremena.

Zasjaj nam jarko, Sunce!

Ljudi se neprestano pitaju hoće li Sunce iscrpiti svoju energiju, hoće li se ugasiti? Naravno, ugasit će se – nema ničeg vječnog na svijetu. A za takve masivne zvijezde postoji vrijeme rođenja, aktivnosti i propadanja. Ali do sada je Sunce u sredini evolucijskog ciklusa i ima dovoljno energije. Inače, na samom početku ova zvijezda je bila manje sjajna. Astronomi su utvrdili da je u najranijim fazama razvoja svjetlina Sunca bila 70 posto manja nego sada.