Mozgás körül forgástengely a természetben elterjedt mozgó tárgyak egyike. Ebben a cikkben ezt a fajta mozgást a dinamika és a kinematika szempontjából vizsgáljuk. Az alapvető fizikai mennyiségeket összekötő képleteket is bemutatjuk.

Milyen mozgásról beszélünk?

Szó szerint a testek körben való mozgásáról, azaz forgásukról fogunk beszélni. Feltűnő példa ilyen mozgás az autó vagy kerékpár kerekének forgása mozgás közben jármű. A tengelye körüli forgás egy műkorcsolyázó által, aki összetett piruettet hajt végre jégen. Vagy bolygónk forgása a Nap körül és saját tengelye körül, az ekliptika síkjához képest.

Mint látható, a vizsgált mozgástípus egyik fontos eleme a forgástengely. Egy tetszőleges alakú test minden pontja körkörös mozgást végez körülötte. A pont és a tengely közötti távolságot forgási sugárnak nevezzük. Számos tulajdonsága az egésznek mechanikus rendszer, például a tehetetlenségi nyomaték, a lineáris sebesség és mások.

Ha a testek térbeli lineáris transzlációs mozgásának oka a rájuk ható külső erő, akkor a forgástengely körüli mozgás oka a külső erőnyomaték. Ezt a mennyiséget az alkalmazott F¯ erő és az alkalmazási ponttól az r tengelyig mért távolságvektor vektorszorzataként írjuk le, azaz:

Az M¯ pillanat hatása α¯ szöggyorsulás megjelenéséhez vezet a rendszerben. Mindkét mennyiség egy bizonyos I együtthatón keresztül kapcsolódik egymáshoz a következő egyenlőséggel:

Az I mennyiséget tehetetlenségi nyomatéknak nevezzük. Mind a test alakjától, mind a benne lévő tömegeloszlástól, valamint a forgástengely távolságától függ. Egy anyagi pontra a következő képlettel számítjuk ki:

Ha a külső egy nulla, akkor a rendszer megtartja L¯ szögimpulzusát. Ez egy másik vektormennyiség, amely a definíció szerint egyenlő:

Itt p¯ egy lineáris impulzus.

Az L¯ nyomaték megmaradásának törvényét általában a következő formában írják le:

Ahol ω a szögsebesség. A cikkben még lesz szó róla.

A forgás kinematikája

A dinamikával ellentétben a fizikának ez az ága kizárólag a gyakorlati fontosságú mennyiségeket veszi figyelembe, amelyek a testek térbeli helyzetének időbeni változásaihoz kapcsolódnak. Vagyis a forgáskinematika vizsgálati tárgyai a sebességek, a gyorsulások és az elforgatási szögek.

Először is vezessük be a szögsebességet. Ez azt a szöget jelenti, amelyen keresztül a test egységnyi idő alatt elfordul. A pillanatnyi szögsebesség képlete a következő:

Ha a test egyenlő időközönként egyenlő szögekben forog, akkor a forgást egyenletesnek nevezzük. Az átlagos szögsebesség képlete érvényes rá:

ω-t radián per másodpercben mérjük, ami az SI rendszerben reciprok másodpercnek (s -1) felel meg.

Egyenetlen forgás esetén az α szöggyorsulás fogalmát használjuk. Meghatározza az ω érték időbeli változásának sebességét, azaz:

α = dω/dt = d 2 θ/dt 2

α-t radián per négyzetmásodpercben mérik (SI - s -2-ben).

Ha a test kezdetben egyenletesen forgott ω 0 sebességgel, majd állandó α gyorsulással elkezdte növelni a sebességét, akkor ez a mozgás a következő képlettel írható le:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Ezt az egyenlőséget a szögsebesség-egyenletek időbeli integrálásával kapjuk meg. A θ képlete lehetővé teszi annak kiszámítását, hogy a rendszer hány fordulatot fog megtenni a forgástengely körül t idő alatt.

Lineáris és szögsebességek

Mindkét sebesség összefügg egymással. Amikor egy tengely körüli forgási sebességről beszélnek, akkor lineáris és szögjellemzőket is jelenthetnek.

Tegyük fel, hogy egy bizonyos anyagpont egy tengely körül r távolságra ω sebességgel forog. Ekkor a lineáris sebessége v egyenlő lesz:

A lineáris és a szögsebesség közötti különbség jelentős. Így egyenletes forgás mellett ω nem függ a tengely távolságától, de v értéke lineárisan növekszik r növekedésével. Utolsó tény megmagyarázza, hogy a forgási sugár növekedésével miért nehezebb a testet körpályán tartani (a lineáris sebessége és ennek következtében a tehetetlenségi erők nőnek).

A Föld tengelye körüli forgási sebesség kiszámításának feladata

Mindenki tudja, hogy bolygónk bent van Naprendszer kétféle forgó mozgást végez:

• tengelye körül;
• a csillag körül.

Számítsuk ki az ω és v sebességeket az elsőre.

A szögsebesség meghatározása nem nehéz. Ehhez ne feledje, hogy a bolygó 24 óra alatt tesz meg egy 2*pi radiánnak megfelelő teljes fordulatot (a pontos érték 23 óra 56 perc 4,1 másodperc). Ekkor ω értéke egyenlő lesz:

ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 rad/s

A számított érték kicsi. Most mutassuk meg, mennyiben tér el ω abszolút értéke v értékétől.

Számítsuk ki a v lineáris sebességet a bolygó felszínén az egyenlítő szélességi fokán elhelyezkedő pontokra. Mivel a Föld egy lapos golyó, az egyenlítői sugara valamivel nagyobb, mint a sarkié. 6378 km. A két sebesség összekapcsolásának képletével a következőket kapjuk:

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

Az így kapott sebesség 1670 km/h, ami nagyobb, mint a levegőben lévő hangsebesség (1235 km/h).

A Föld tengelye körüli forgása az úgynevezett Coriolis-erő megjelenéséhez vezet, amelyet a repülés során figyelembe kell venni ballisztikus rakéták. Sokaknak ez is az oka légköri jelenségek, például a passzátszelek irányának eltérései nyugat felé.

A Föld folyamatosan mozgásban van, forog a Nap és saját tengelye körül. Ez a mozgás és a Föld tengelyének állandó dőlése (23,5°) meghatározza az általunk normális jelenségként megfigyelhető hatásokat: az éjszaka és a nappal (a Föld tengely körüli forgása miatt), az évszakok változása (a a Föld tengelyének dőlésszöge), valamint a különböző területeken eltérő éghajlat. A földgömbök forgathatók, tengelyük a Föld tengelyéhez hasonlóan dönthető (23,5°), így egy földgömb segítségével elég pontosan nyomon követhető a Föld mozgása a tengelye körül, a Föld-Nap rendszer segítségével pedig nyomon tudja követni a Föld mozgását a Nap körül.

A Föld forgása a tengelye körül

A Föld a saját tengelye körül forog nyugatról keletre (az északi sarkról nézve az óramutató járásával ellentétes irányba). A Földnek 23 óra, 56 perc és 4,09 másodperc szükséges ahhoz, hogy egy teljes körforgást teljesítsen a saját tengelye körül. A nappalt és az éjszakát a Föld forgása okozza. A Föld tengelye körüli forgásának szögsebessége, vagy az a szög, amelyen keresztül a Föld bármely pontja elfordul, azonos. Egy óra alatt 15 fok van. De a lineáris forgási sebesség bárhol az egyenlítőn körülbelül 1669 kilométer per óra (464 m/s), ami a sarkokon nullára csökken. Például a forgási sebesség a 30° szélességi fokon 1445 km/h (400 m/s).
Nem vesszük észre a Föld forgását azon egyszerű oknál fogva, hogy velünk párhuzamosan és egyidejűleg minden körülöttünk lévő tárgy azonos sebességgel mozog, és nincsenek körülöttünk „relatív” tárgyak mozgása. Ha például egy hajó egyenletesen, gyorsulás vagy fékezés nélkül halad a tengeren át, nyugodt időben, anélkül, hogy a víz felszínén hullámok lennének, egyáltalán nem fogjuk érezni, hogyan mozog egy ilyen hajó, ha egy kabinban vagyunk lőrés, mivel a kabinban lévő összes tárgy párhuzamosan fog mozogni velünk és a hajóval.

A Föld mozgása a Nap körül

Míg a Föld forog saját tengelye körül, az északi pólusról nézve a Nap körül is forog nyugatról keletre az óramutató járásával ellentétes irányba. A Földnek egy sziderális évre van szüksége (körülbelül 365,2564 nap), hogy egy teljes körforgást teljesítsen a Nap körül. A Föld Nap körüli útját a Föld keringésének nevezzükés ez a pálya nem tökéletesen kerek. A Föld és a Nap közötti átlagos távolság körülbelül 150 millió kilométer, és ez a távolság 5 millió kilométerig változik, kis ovális pályát (ellipszist) képezve. A Föld pályájának a Naphoz legközelebb eső pontját perihéliumnak nevezik. A Föld január elején áthalad ezen a ponton. A Föld pályájának a Naptól legtávolabbi pontját Aphelionnak nevezik. A Föld július elején áthalad ezen a ponton.
Mivel Földünk elliptikus pályán kering a Nap körül, a keringési sebesség megváltozik. Júliusban a sebesség minimális (29,27 km/s), és az aphelion (az animációban felső piros pont) áthaladása után gyorsulni kezd, januárban pedig a maximális sebesség (30,27 km/sec) és az elhaladás után lassulni kezd. perihélium (alsó piros pont).
Miközben a Föld egy fordulatot tesz a Nap körül, 365 nap, 6 óra, 9 perc és 9,5 másodperc alatt 942 millió kilométeres távolságot tesz meg, vagyis a Földdel együtt rohanunk a Nap körül 30-as átlagsebességgel. km/másodperc (vagy 107.460 km/óra), ugyanakkor a Föld 24 óránként egyszer (évente 365-ször) megfordul saját tengelye körül.
Valójában, ha alaposabban vesszük a Föld mozgását, az sokkal összetettebb, hiszen a Földet különféle tényezők befolyásolják: a Hold forgása a Föld körül, más bolygók és csillagok vonzása.

Bolygónk folyamatosan mozgásban van:

• forgás saját tengelye körül, mozgás a Nap körül;
• forgás a Nappal galaxisunk közepe körül;
• mozgás a galaxisok lokális csoportjának középpontjához képest és mások.

A Föld mozgása saját tengelye körül

A Föld forgása a tengelye körül(1. ábra). A Föld tengelyét egy képzeletbeli vonalnak tekintjük, amely körül forog. Ez a tengely 23°27"-kal eltér az ekliptika síkjára merőlegestől. A Föld tengelye két ponton – a pólusokon – északon és délen metszi a Föld felszínét. Az északi sarkról nézve a Föld forgása az óramutató járásával ellentétes, ill. A bolygó egy nap alatt teljes körforgást végez a tengelye körül.

Rizs. 1. A Föld forgása a tengelye körül

A nap egy időegység. Vannak sziderális és szoláris napok.

Sziderikus nap- ez az az időtartam, amely alatt a Föld megfordul a tengelye körül a csillagokhoz képest. Ezek 23 óra 56 perc 4 másodperc.

Napos nap- ez az az időtartam, amely alatt a Föld megfordul a tengelye körül a Naphoz képest.

Bolygónk tengelye körüli forgásszöge minden szélességi fokon azonos. Egy óra alatt a Föld felszínének minden pontja 15°-ot mozdul el eredeti helyzetéhez képest. De ugyanakkor a mozgás sebessége az ellenkező irányú arányos függőség földrajzi szélességen: az egyenlítőn 464 m/s, a 65°-os szélességen pedig már csak 195 m/s.

A Föld tengelye körüli forgását 1851-ben J. Foucault kísérletében bizonyította. Párizsban, a Pantheonban a kupola alá egy ingát akasztottak, alatta pedig egy kört osztásokkal. Minden következő mozdulattal az inga újabb felosztásra került. Ez csak akkor történhet meg, ha a Föld felszíne az inga alatt forog. Az inga lengéssíkjának helyzete az egyenlítőn nem változik, mert a sík egybeesik a meridiánnal. A Föld tengelyirányú forgása fontos földrajzi következményekkel jár.

Amikor a Föld forog, centrifugális erő keletkezik, ami fontos szerepet játszik a bolygó alakjának kialakításában és csökkenti a gravitációs erőt.

A tengelyirányú forgás másik legfontosabb következménye a forgási erő kialakulása. Coriolis erők. A 19. században először egy francia tudós számolta ki a mechanika területén G. Coriolis (1792-1843). Ez az egyik tehetetlenségi erő, amelyet azért vezetnek be, hogy figyelembe vegyék a mozgó vonatkoztatási rendszer forgásának az anyagi pont relatív mozgására gyakorolt ​​hatását. Hatása röviden a következőképpen fejezhető ki: az északi féltekén minden mozgó test jobbra, a déli féltekén pedig balra elhajlik. Az Egyenlítőn a Coriolis-erő nulla (3. ábra).

Rizs. 3. A Coriolis-erő akciója

A Coriolis-erő hatása a földrajzi burok számos jelenségére kiterjed. Eltérítő hatása menetirányban különösen érezhető légtömegek. A Föld forgásának eltérítő erejének hatására mindkét félteke mérsékelt szélességi szelei túlnyomórészt nyugati, a trópusi szélességeken pedig keleti irányt vesznek. A Coriolis-erő hasonló megnyilvánulása az óceán vizeinek mozgási irányában. Az aszimmetria is ehhez az erőhöz kapcsolódik folyóvölgyek(a jobb part általában magasan van az északi féltekén, a bal part pedig a déli féltekén).

A Föld tengelye körüli forgása a napfény mozgásához is vezet a Föld felszíne keletről nyugatra, vagyis a nappal és az éjszaka változásáig.

A nappal és az éjszaka változása napi ritmust teremt az életben és élettelen természet. A cirkadián ritmus szorosan összefügg a fény- és hőmérsékleti viszonyokkal. Ismeretes a hőmérséklet napi ingadozása, nappali és éjszakai szellő stb.. Az élő természetben is előfordul cirkadián ritmus - a fotoszintézis csak nappal lehetséges, a legtöbb növény különböző órákban nyitja virágát; Egyes állatok nappal, mások éjszaka aktívak. Az emberi élet is cirkadián ritmusban folyik.

A Föld tengelye körüli forgásának másik következménye az időkülönbség bolygónk különböző pontjain.

1884 óta elfogadták a zónaidőt, vagyis a Föld teljes felületét 24, egyenként 15°-os időzónára osztották. Mögött szabványos idő elfogad helyi idő az egyes övek középső meridiánja. A szomszédos időzónák ideje egy órával eltér. Az övek határait a politikai, közigazgatási és gazdasági határok figyelembevételével húzzák meg.

A nulladik öv a Greenwich-öv (a London melletti Greenwich Obszervatóriumról kapta a nevét), amely az elsődleges meridián mindkét oldalán fut. A prím- vagy prímmeridián idejét veszik figyelembe Univerzális idő.

A meridián 180° nemzetközinek számít dátumválasztó vonal— feltételes vonal a felszínen földgolyó, melynek mindkét oldalán az óra és a perc egybeesik, ill naptári dátumok egy nappal különbözik.

A nyári napfény ésszerűbb felhasználása érdekében hazánkban 1930-ban vezették be szülési idő, egy órával az időzóna előtt. Ennek elérése érdekében az óramutatókat egy órával előre mozdították. Ebben a tekintetben Moszkva, mivel a második időzónában van, a harmadik időzóna szerint él.

1981 óta, áprilistól októberig az időt egy órával előre tolták. Ez az ún nyári időszámítás. Az energiatakarékosság érdekében kerül bevezetésre. Nyáron Moszkva két órával megelőzi a normál időt.

Annak az időzónának az ideje, amelyben Moszkva található Moszkva.

A Föld mozgása a Nap körül

A Föld a tengelye körül forogva egyidejűleg a Nap körül mozog, 365 nap 5 óra 48 perc 46 másodperc alatt kerüli meg a kört. Ezt az időszakot ún csillagászati ​​év. A kényelem kedvéért úgy tartják, hogy egy évben 365 nap van, és négyévente, amikor hat órából 24 óra „felhalmozódik”, nem 365, hanem 366 nap van egy évben. Ezt az évet ún szökőévés egy nap hozzáadódik a februárhoz.

Azt az utat az űrben, amelyen a Föld a Nap körül mozog, nevezzük pálya(4. ábra). A Föld keringése ellipszis alakú, ezért a Föld és a Nap távolsága nem állandó. Amikor a Föld bent van napközel(görögből peri- közel, közel és helios- Nap) - a Naphoz legközelebbi pályapont - január 3-án a távolság 147 millió km. Az északi féltekén ilyenkor tél van. Legnagyobb távolság a Naptól aphelion(görögből aro- távol és helios- Nap) - a legnagyobb távolság a Naptól - július 5. 152 millió km-nek felel meg. Az északi féltekén ilyenkor nyár van.

Rizs. 4. A Föld mozgása a Nap körül

A Föld éves mozgását a Nap körül a Nap égboltbeli helyzetének folyamatos változása figyeli meg - a Nap déli magassága, valamint napkelte és napnyugta helyzete, a világos és sötét részek időtartama. változik a nap.

Keringési pályán haladva a Föld tengelyének iránya nem változik, mindig a Sarkcsillag felé irányul.

A Föld és a Nap távolságának változása, valamint a Föld tengelyének a Nap körüli mozgásának síkjához való dőlése következtében a napsugárzás egyenetlen eloszlása ​​figyelhető meg a Földön egész évben. Így következik be az évszakok változása, amely minden olyan bolygóra jellemző, amelynek forgástengelye a pályája síkjához dől. (ekliptika) 90°-tól eltérő. A bolygó keringési sebessége az északi féltekén nagyobb téli idő nyáron pedig kevésbé. Ezért a téli félév 179 napig tart, a nyári félév pedig 186 napig.

A Föld Nap körüli mozgása és a Föld tengelyének pályája síkjához viszonyított 66,5°-os dőlése következtében bolygónkon nemcsak az évszakok, hanem a nappal és az éjszaka hosszának változása is bekövetkezik.

ábra mutatja a Föld Nap körüli forgását és az évszakok változását a Földön. 81 (napéjegyenlőségek és napfordulók az évszakoknak megfelelően az északi féltekén).

Évente csak kétszer - a napéjegyenlőség napjain a nappal és az éjszaka hossza az egész Földön majdnem azonos.

Napéjegyenlőség- az az időpillanat, amikor a Nap középpontja az ekliptika mentén való látszólagos éves mozgása során átszeli az égi egyenlítőt. Tavaszi és őszi napéjegyenlőségek vannak.

A Föld Nap körüli forgástengelyének dőlése a napéjegyenlőség napjain, március 20-21-én és szeptember 22-23-án a Naphoz képest semlegesnek bizonyul, és a bolygó felé eső részei egyenletesen megvilágítva a pólustól a másikig. pólus (5. ábra). A napsugarak függőlegesen esnek az Egyenlítőre.

A leghosszabb nappal és a legrövidebb éjszaka nappal fordul elő nyári napforduló.

Rizs. 5. A Föld megvilágítása a Nap által a napéjegyenlőség napjain

Napforduló- abban a pillanatban, amikor a Nap középpontja áthalad az ekliptika egyenlítőtől legtávolabbi pontjain (napfordulópontok). Vannak nyári és téli napfordulók.

A nyári napforduló napján, június 21-22-ig a Föld olyan helyzetet foglal el, amelyben tengelyének északi vége a Nap felé billen. És a sugarak függőlegesen nem az egyenlítőre, hanem az északi trópusra esnek, amelynek szélessége 23°27". Nemcsak a sarki régiók világítanak éjjel-nappal, hanem a rajtuk túli tér is 66°-os szélességig. 33" (az Északi-sarkkör). A déli féltekén ebben az időben csak az egyenlítő és a déli sarkkör (66°33") közötti része van megvilágítva, azon túl pedig ezen a napon nincs megvilágítva a földfelszín.

Egy napon belül téli napforduló December 21-22-én minden fordítva történik (6. kép). A napsugarak már függőlegesen hullanak a déli trópusokra. A déli féltekén megvilágított területek nemcsak az Egyenlítő és a trópusok között vannak, hanem a Déli-sark környékén is. Ez a helyzet a tavaszi napéjegyenlőségig tart.

Rizs. 6. A Föld megvilágítása a téli napfordulón

A Föld két párhuzamában a napfordulók napjain a Nap délben közvetlenül a megfigyelő feje fölött, azaz a zenitben van. Az ilyen párhuzamokat ún a trópusok. Az északi trópuson (23° É) a Nap június 22-én, a déli trópuson (23° D) december 22-én van zenitjén.

Az Egyenlítőn a nappal mindig egyenlő az éjszakával. A napsugarak földfelszínre eső beesési szöge és a nap hossza ott keveset változik, így az évszakok változása nem hangsúlyos.

Sarkkörök figyelemre méltó abban, hogy ezek azok a területek határai, ahol sarki nappalok és éjszakák vannak.

Poláris nap- az az időszak, amikor a Nap nem esik a horizont alá. Minél távolabb van a sarkkör az északi sarkkörtől, annál hosszabb a sarki nap. Az Északi-sarkkör szélességi fokán (66,5 °) csak egy napig tart, és a sarkon - 189 napig. Az északi féltekén, az északi sarkkör szélességi fokán a sarki napot június 22-én, a nyári napforduló napján, a déli féltekén, a déli sarkkör szélességi fokán pedig december 22-én tartják.

sarki éjszaka az északi sarkkör szélességi fokán egy naptól a sarkokon 176 napig tart. A sarki éjszaka során a Nap nem jelenik meg a horizont felett. Az északi féltekén az északi sarkkör szélességi fokán ezt a jelenséget december 22-én figyelik meg.

Ezt lehetetlen nem megjegyezni csodás jelenség a természet, mint a fehér éjszakák. Fehér éjszakák- ezek a nyár eleji fényes éjszakák, amikor az esti hajnal összefolyik a reggelhez, és egész éjjel tart a szürkület. Mindkét féltekén megfigyelhető a 60°-ot meghaladó szélesség, amikor a Nap középpontja éjfélkor legfeljebb 7°-kal esik a horizont alá. Szentpéterváron (kb. 60° É) a fehér éjszakák június 11-től július 2-ig tartanak, Arhangelszkben (64° É) - május 13-tól július 30-ig.

Az éves mozgáshoz kapcsolódó szezonális ritmus elsősorban a földfelszín megvilágítását érinti. A Nap horizont feletti magasságának változásától függően a Földön öt van világítási zónák. Forró öv az északi és déli trópusok (a Rák trópusa és a Bak trópusa) között fekszik, a Föld felszínének 40%-át foglalja el, és különbözik a legnagyobb számban a Napból érkező hő. A trópusok között és Sarkköri körök a déli és az északi féltekén vannak mérsékelt égövi övezetek megvilágítás Már itt is kifejeződnek az évszakok: minél távolabb a trópusoktól, minél rövidebb és hűvösebb a nyár, annál hosszabb, ill. hidegebb tél. Az északi és déli féltekén a sarki zónákat az Északi-sarkkör korlátozza. Itt egész évben alacsony a Nap horizont feletti magassága, így a naphő mennyisége minimális. A sarki zónákat sarki nappalok és éjszakák jellemzik.

Nemcsak az évszakok váltakozása és a Föld felszínének megvilágításának szélességi egyenetlenségei függenek a Föld éves Nap körüli mozgásától, hanem a Földön zajló folyamatok jelentős része is. földrajzi boríték: az időjárás évszakos változásai, a folyók és tavak rezsimje, a növények és állatok életének ritmusa, a mezőgazdasági munkák fajtái és időzítése.

Naptár.Naptár- hosszú időtartamok kiszámítására szolgáló rendszer. Ez a rendszer az égitestek mozgásával kapcsolatos időszakos természeti jelenségeken alapul. A naptár csillagászati ​​jelenségeket használ - az évszakok változását, nappal és éjszaka, változást holdfázisok. Az első egyiptomi naptár a 4. században készült. időszámításunk előtt e. 45. január 1-jén Julius Caesar bevezette a Julianus-naptárt, amelyet az oroszok még mindig használnak ortodox templom. Tekintettel arra, hogy a Julianus év hossza 11 perccel 14 másodperccel hosszabb a csillagászatinál, a XVI. 10 napos „hiba” halmozódott fel - a tavaszi napéjegyenlőség napja nem március 21-én, hanem március 11-én történt. Ezt a hibát 1582-ben XIII. Gergely pápa rendelete javította ki. A napok számlálása 10 nappal előrébb került, és az október 4-e utáni napot pénteknek írták elő, de nem október 5-ét, hanem október 15-ét. A tavaszi napéjegyenlőség ismét visszakerült március 21-re, és a naptárt Gergely-naptárnak kezdték nevezni. Oroszországban 1918-ban vezették be, azonban számos hátránya is van: a hónapok egyenlőtlen hossza (28, 29, 30, 31 nap), a negyedévek egyenlőtlensége (90, 91, 92 nap), a hónapok számának inkonzisztenciája. hónapok a hét napjai szerint.

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 )))\jobbra)\omega), Ahol R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - egyenlítői sugár, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - poláris sugár.

• Egy ilyen sebességgel keletről nyugatra (12 km-es magasságban: 936 km/h Moszkva szélességi fokán, 837 km/h Szentpétervár szélességi fokán) repülő repülőgép nyugalomban lesz az inerciális referenciakeretben.
• A Föld tengelye körül egy napos periódussal és a Nap körül egy éves periódussal történő forgásának szuperpozíciója a szoláris és a sziderális napok egyenlőtlenségéhez vezet: az átlagos szoláris nap hossza pontosan 24 óra, ami 3 perc 56 másodperccel hosszabb a sziderikus napnál.

Fizikai jelentés és kísérleti megerősítés

A Föld tengelye körüli forgásának fizikai jelentése

Mivel minden mozgás relatív, meg kell jelölni egy konkrét referenciarendszert, amelyhez képest egy adott test mozgását tanulmányozzuk. Amikor azt mondják, hogy a Föld egy képzeletbeli tengely körül forog, ez azt jelenti, hogy bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez képest forgási mozgást végez, és ennek a forgásnak az időtartama megegyezik egy sziderális nappal - a Föld teljes forradalmának időszakával ( égi gömb) az égi szférához (Föld) viszonyítva.

A Föld tengelye körüli forgásának minden kísérleti bizonyítéka annak bizonyítására vezethető vissza, hogy a Földhöz kapcsolódó referenciarendszer egy speciális típusú nem inerciális referenciarendszer - egy olyan referenciarendszer, amely az inerciális referenciarendszerekhez képest forgó mozgást végez.

Ellentétben az inerciális mozgással (vagyis a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerekhez viszonyított egyenletes egyenes vonalú mozgással), egy zárt laboratórium nem tehetetlenségi mozgásának észleléséhez nem szükséges külső testek megfigyelése – az ilyen mozgásokat helyi kísérletekkel (vagyis ebben a laboratóriumban végzett kísérletek). A szó ilyen értelmében abszolútnak nevezhető a nem tehetetlen mozgás, beleértve a Föld tengelye körüli forgását is.

Tehetetlenségi erők

A centrifugális erő hatásai

A szabadesés gyorsulása a földrajzi szélességtől. A kísérletek azt mutatják, hogy a szabadesés gyorsulása a földrajzi szélességtől függ: minél közelebb van a pólushoz, annál nagyobb. Ez a centrifugális erő hatására magyarázható. Először is, a Föld felszínének magasabb szélességi fokon található pontjai közelebb vannak a forgástengelyhez, és ezért a pólushoz közeledve a távolság r (\displaystyle r) a forgástengelytől csökken, a póluson elérve a nullát. Másodszor, a szélesség növekedésével a centrifugális erővektor és a horizont síkja közötti szög csökken, ami a centrifugális erő függőleges komponensének csökkenéséhez vezet.

Ezt a jelenséget 1672-ben fedezték fel, amikor Jean Richet francia csillagász afrikai expedíciója során felfedezte, hogy az egyenlítői ingaóra lassabban működik, mint Párizsban. Newton ezt hamarosan azzal magyarázta, hogy az inga lengési periódusa fordítottan arányos a gravitáció miatti gyorsulás négyzetgyökével, amely az egyenlítőn a centrifugális erő hatására csökken.

A Föld lapossága. A centrifugális erő hatása a Föld ellapulásához vezet a sarkokon. Ezt a jelenséget, amelyet Huygens és Newton megjósolt a 17. század végén, először Pierre de Maupertuis fedezte fel az 1730-as évek végén két, kifejezetten ennek a probléma megoldására felkészített francia expedíció adatainak feldolgozása eredményeként Peruban (Pierre Bouguer vezetésével). és Charles de la Condamine ) és Lappföld (Alexis Clairaut és maga Maupertuis vezetésével).

Coriolis erőhatások: laboratóriumi kísérletek

Ezt a hatást legvilágosabban a pólusokon kell kifejezni, ahol az inga síkjának teljes forgásának periódusa megegyezik a Föld tengelye körüli forgási periódusával (sziderikus nap). Általában a periódus fordítottan arányos a földrajzi szélesség szinuszával, az egyenlítőn az inga rezgési síkja változatlan.

Giroszkóp- a jelentős tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező forgó test megőrzi szögimpulzusát, ha nincsenek erős zavarások. Foucault, aki belefáradt abba, hogy elmagyarázza, mi történik a nem a sarkon lévő Foucault-ingával, egy újabb demonstrációt dolgozott ki: a felfüggesztett giroszkóp megtartotta a tájolását, ami azt jelenti, hogy lassan fordult a megfigyelőhöz képest.

A lövedékek elhajlása fegyverlövés közben. A Coriolis-erő másik megfigyelhető megnyilvánulása a vízszintes irányban kilőtt lövedékek (az északi féltekén jobbra, a déli féltekén balra) röppályáinak elhajlása. A tehetetlenségi vonatkoztatási rendszer szempontjából a meridián mentén kilőtt lövedékeknél ez a Föld lineáris forgási sebességének a földrajzi szélességtől való függésének köszönhető: az egyenlítőtől a sark felé haladva a lövedék megtartja A sebesség vízszintes összetevője változatlan, míg a földfelszíni pontok lineáris forgási sebessége csökken, ami a lövedéknek a Föld forgási irányába történő elmozdulásához vezet a meridiánról. Ha a lövést az Egyenlítővel párhuzamosan adták le, akkor a lövedék párhuzamostól való elmozdulása abból adódik, hogy a lövedék röppályája a Föld középpontjával egy síkban van, míg a Föld felszínén lévő pontok egy síkban mozognak. a Föld forgástengelyére merőleges sík. Ezt a hatást (a meridián mentén történő lövöldözés esetére) Grimaldi jósolta a 17. század 40-es éveiben. és először Riccioli adta ki 1651-ben.

Szabadon eső testek eltérése a függőlegestől. ( ) Ha a test mozgási sebességének nagy függőleges komponense van, a Coriolis-erő keletre irányul, ami a szabadon eső test pályájának megfelelő eltéréséhez vezet (anélkül, hogy kezdeti sebesség) egy magas toronyból. Inerciális vonatkoztatási rendszerben vizsgálva a hatást az magyarázza, hogy a torony teteje a Föld középpontjához képest gyorsabban mozog, mint az alap, aminek következtében a test pályája keskeny parabolának bizonyul és a test valamivel a torony alapja előtt van.

Az Eötvös-effektus. Alacsony szélességi fokokon a Coriolis-erő a földfelszín mentén haladva függőleges irányban irányul, és hatása a gravitációs gyorsulás növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet attól függően, hogy a test nyugatra vagy keletre mozog. Ezt a hatást Eötvös-effektusnak nevezik Eötvös Loránd magyar fizikus tiszteletére, aki kísérleti úton fedezte fel a XX. század elején.

Kísérletek a szögimpulzus megmaradásának törvényével. Egyes kísérletek a szögnyomaték megmaradásának törvényén alapulnak: tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben a szögimpulzus nagysága (amely megegyezik a tehetetlenségi nyomaték és a forgási szögsebesség szorzatával) nem változik a belső erők hatására. . Ha egy kezdeti időpontban a berendezés a Földhöz képest álló helyzetben van, akkor a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez viszonyított forgási sebessége megegyezik a Föld forgási szögsebességével. Ha megváltoztatja a rendszer tehetetlenségi nyomatékát, akkor a forgási szögsebességnek meg kell változnia, azaz a Földhöz viszonyított forgás megkezdődik. A Földhöz kapcsolódó nem inerciális referenciarendszerben a forgás a Coriolis-erő hatására megy végbe. Ezt az ötletet Louis Poinsot francia tudós javasolta 1851-ben.

Az első ilyen kísérletet Hagen hajtotta végre 1910-ben: egy sima keresztrúdra két súlyt helyeztek mozdulatlanul a Föld felszínéhez képest. Ezután a terhelések közötti távolság csökkent. Ennek eredményeként a telepítés forogni kezdett. Még demonstratívabb kísérletet végzett Hans Bucka német tudós 1949-ben. Egy körülbelül 1,5 méter hosszú rudat szereltek fel merőlegesen egy téglalap alakú keretre. Kezdetben a rúd vízszintes volt, a telepítés a Földhöz képest mozdulatlan volt. Ezután a rudat függőleges helyzetbe hozták, ami a beépítés tehetetlenségi nyomatékának körülbelül 10 4-szeres változásához és a Föld forgási sebességénél 10 4-szer nagyobb szögsebességű gyors forgáshoz vezetett.

Tölcsér a fürdőben.

Mivel a Coriolis-erő nagyon gyenge, elhanyagolható mértékben befolyásolja a víz örvénylésének irányát mosogató vagy fürdőkád leeresztése során, így általában a tölcsérben a forgásirány nincs összefüggésben a Föld forgásával. Csak gondosan ellenőrzött kísérletek során különíthető el a Coriolis-erő hatása más tényezőktől: az északi féltekén a tölcsér az óramutató járásával ellentétes irányba, a déli féltekén pedig fordítva fog forogni.

Coriolis erőhatások: jelenségek a környező természetben

Optikai kísérletek

Számos, a Föld forgását demonstráló kísérlet a Sagnac-effektuson alapul: ha egy gyűrűs interferométer forgó mozgást végez, akkor a relativisztikus hatások miatt fáziskülönbség jelenik meg az ellenterjedő nyalábokban.

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

Ahol A (\displaystyle A)- a gyűrű vetületi területe az egyenlítői síkra (a forgástengelyre merőleges síkra), c (\displaystyle c)- fénysebesség, ω (\displaystyle\omega)- forgási szögsebesség. A Föld forgásának demonstrálására ezt a hatást Michelson amerikai fizikus használta fel 1923-1925-ben végzett kísérletsorozatban. A Sagnac-effektust alkalmazó modern kísérleteknél a gyűrűinterferométerek kalibrálásakor figyelembe kell venni a Föld forgását.

Számos más kísérleti bemutató is létezik napi forgatás Föld.

Egyenetlen forgás

Precesszió és nutáció

A Föld napi forgásának gondolatának története

Antikvitás

Az égbolt napi forgásának magyarázatát a Föld tengelye körüli forgásával először a pitagoraszi iskola képviselői, a szirakuzaiak, Hicetus és Ecphantus javasolták. Egyes rekonstrukciók szerint a Föld forgását a krotoni pitagorasz Philolaus is megerősítette (Kr. e. V. század). A Föld forgásának jelzéseként értelmezhető kijelentést tartalmaz Platón párbeszéde Tímea .

Hicetasról és Ecphantesről azonban gyakorlatilag semmit sem tudunk, sőt néha még létezésüket is megkérdőjelezik. A legtöbb tudós véleménye szerint Philolaus világrendszerében a Föld nem forgó, hanem transzlációs mozgást végzett a Központi Tűz körül. Más munkáiban Platón azt a hagyományos nézetet követi, hogy a Föld mozdulatlan. Számos bizonyíték érkezett azonban el hozzánk, hogy a Föld forgásának gondolatát a pontusi Heraclides filozófus védte (Kr. e. IV. század). Valószínűleg Héraklidész egy másik feltételezése kapcsolódik a Föld tengelye körüli forgásának hipotéziséhez: minden csillag egy világot képvisel, beleértve a földet, a levegőt, az étert, és mindez a végtelen térben található. Valóban, ha az égbolt napi forgása a Föld forgásának visszatükröződése, akkor megszűnik az előfeltétele annak, hogy a csillagokat ugyanazon a gömbön lévőnek tekintsük.

Körülbelül egy évszázaddal később a Föld forgásának feltételezése része lett az elsőnek, amelyet a nagy szamoszi Arisztarchosz csillagász (Kr. e. 3. század) javasolt. Arisztarkhoszt támogatta a babiloni Szeleukosz (Kr. e. 2. század), valamint pontusi Héraklidész, aki a Világmindenséget végtelennek tartotta. Az a tény, hogy a Föld napi forgásának gondolata már az i.sz. e., amelyet Seneca, Dercyllidas filozófusok és Claudius Ptolemaiosz csillagász néhány kijelentése bizonyít. A csillagászok és filozófusok túlnyomó többsége azonban nem kételkedett a Föld mozdulatlanságában.

Érvek a Föld mozgásának gondolata ellen Arisztotelész és Ptolemaiosz munkáiban találhatók. Tehát az értekezésében A Mennyországról Arisztotelész a Föld mozdulatlanságát azzal indokolja, hogy a forgó Földön a függőlegesen felfelé dobott testek nem eshetnek oda, ahonnan mozgásuk elkezdődött: a Föld felszíne eltolódik a kidobott test alatt. Egy másik érv a Föld mozdulatlansága mellett, amelyet Arisztotelész az ő fizikai elméletén alapszik: a Föld nehéz test, és a nehéz testek hajlamosak a világ közepe felé mozogni, nem pedig körülötte forogni.

Ptolemaiosz munkásságából az következik, hogy a Föld forgásának hipotézisének támogatói azt válaszolták ezekre az érvekre, hogy a levegő és minden földi objektum együtt mozog a Földdel. Úgy tűnik, a levegő szerepe ebben az érvelésben alapvetően fontos, hiszen arra utal, hogy a Földdel együtt való mozgása rejti bolygónk forgását. Ptolemaiosz ezt kifogásolja:

A levegőben lévő testek mindig lemaradnak... És ha a testek egy egészként forognának a levegővel, akkor egyik sem a másik előtt vagy mögött, hanem a helyén maradna repülésben és dobásban. nem tenne eltéréseket vagy mozgásokat egy másik helyre, mint amilyeneket mi személyesen végbemenni látunk, és egyáltalán nem lassulna vagy gyorsulna, mert a Föld nem mozdul.

Középkorú

India

Az első középkori szerző, aki felvetette, hogy a Föld forog a tengelye körül, Aryabhata nagy indiai csillagász és matematikus volt (5. század vége – 6. század eleje). Értekezésében több helyen is megfogalmazza Aryabhatiya, Például:

Ahogy az ember egy előre haladó hajón látja a hátrafelé mozgó rögzített tárgyakat, úgy a megfigyelő... látja az állócsillagokat egyenes vonalban nyugat felé haladni.

Nem tudni, hogy ez az ötlet magához Aryabhatához tartozik-e, vagy az ókori görög csillagászoktól kölcsönözte.

Aryabhatát egyetlen csillagász, Prthudaka (9. század) támogatta. A legtöbb indiai tudós megvédte a Föld mozdulatlanságát. Így Varahamihira csillagász (6. század) azzal érvelt, hogy a forgó Földön a levegőben repülő madarak nem tudnak visszatérni a fészkükbe, a kövek és fák pedig leszállnak a Föld felszínéről. A kiváló csillagász, Brahmagupta (VI. század) is megismételte azt a régi érvet, amely szerint a test leesik Magas hegy, de lesüllyedhet az alapjára. Ugyanakkor visszautasította Varahamihira egyik érvét: véleménye szerint ha a Föld forog is, a tárgyak gravitációjuk miatt nem tudtak leszakadni róla.

Iszlám Kelet

A Föld forgásának lehetőségét a muszlim kelet számos tudósa mérlegelte. Így a híres geométer al-Sijizi feltalálta az asztrolábiumot, amelynek működési elve ezen a feltételezésen alapul. Egyes iszlám tudósok (akiknek a neve nem jutott el hozzánk) még a Föld forgása elleni fő érv megcáfolására is talált egy helyes módot: a zuhanó testek pályáinak függőlegességét. Lényegében a mozgások szuperpozíciójának elvét terjesztették elő, amely szerint bármely mozgás két vagy több komponensre bontható: a forgó Föld felszínéhez viszonyítva a zuhanó test végig mozog. függőón, de az a pont, amely ennek az egyenesnek a vetülete a Föld felszínére, a forgásával kerülne át. Ezt bizonyítja a híres enciklopédista al-Biruni, aki azonban maga is hajlott a Föld mozdulatlanságára. Véleménye szerint, ha a zuhanó testre további erő hat, akkor a forgó Földre gyakorolt ​​hatásának eredménye olyan hatásokhoz vezet, amelyeket valójában nem figyelnek meg.

A 13-16. századi tudósok körében, akik a Maragha és a Szamarkand obszervatóriumhoz kötődnek, vita alakult ki a Föld mozdulatlanságának empirikus alátámasztásának lehetőségéről. Így a híres csillagász, Qutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV. század) úgy vélte, hogy a Föld mozdulatlansága kísérletekkel igazolható. Másrészt a Maragha Obszervatórium alapítója, Nasir ad-Din al-Tusi úgy gondolta, hogy ha a Föld forog, akkor ezt a forgást a felszíne melletti levegőréteg osztja fel, és minden mozgás a felszín közelében. a Föld pontosan ugyanúgy előfordulna, mintha a Föld mozdulatlan lenne. Ezt üstökös megfigyelések segítségével támasztotta alá: Arisztotelész szerint az üstökösök meteorológiai jelenség a légkör felső rétegeiben; csillagászati ​​megfigyelések azonban azt mutatják, hogy az üstökösök részt vesznek az égi szféra napi forgásában. Következésképpen a levegő felső rétegeit az égbolt forgása viszi el, ezért az alsóbb rétegeket is elviheti a Föld forgása. Így a kísérlet nem tud válaszolni arra a kérdésre, hogy forog-e a Föld. Ő azonban továbbra is a Föld mozdulatlanságának híve maradt, mivel ez összhangban volt Arisztotelész filozófiájával.

A későbbi idők legtöbb iszlám tudósa (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi és mások) egyetértett al-Tusival abban, hogy a forgó és álló Földön minden fizikai jelenség ugyanúgy fog bekövetkezni. . A levegő szerepét azonban már nem tekintették alapvetőnek: nemcsak a levegőt, hanem minden tárgyat is szállít a forgó Föld. Következésképpen a Föld mozdulatlanságának igazolására Arisztotelész tanításait is be kell vonni.

Ezekben a vitákban különleges pozíciót foglalt el a Szamarkandi Obszervatórium harmadik igazgatója, Alauddin Ali al-Kushchi (XV. század), aki elutasította Arisztotelész filozófiáját, és fizikailag lehetségesnek tartotta a Föld forgását. A 17. században Baha ad-Din al-Amili iráni teológus és enciklopédista is hasonló következtetésre jutott. Véleménye szerint a csillagászok és filozófusok nem szolgáltattak elegendő bizonyítékot a Föld forgásának cáfolására.

Latin Nyugat

A Föld mozgásának lehetőségének részletes tárgyalását széles körben tartalmazzák Jean-Buridan párizsi skolasztikusok, Szász Albert és Oresme Miklós (14. század második fele) írásai. A legfontosabb érv a Föld forgása mellett, és nem az ég, munkáikban a Föld kicsinysége az univerzumhoz képest, ami miatt az égbolt napi forgását az Univerzumnak tulajdonítjuk. legmagasabb fokozat természetellenes.

Mindezek a tudósok azonban végül elutasították a Föld forgását, bár különböző alapokon. Így Szász Albert úgy vélte, hogy ez a hipotézis nem képes megmagyarázni a megfigyelt csillagászati ​​jelenségeket. Ezzel joggal nem értett egyet Buridan és Oresme, akik szerint az égi jelenségeknek ugyanúgy kell történniük, függetlenül attól, hogy a forgást a Föld vagy a Kozmosz végzi. Buridan egyetlen jelentős érvet tudott találni a Föld forgása ellen: a függőlegesen felfelé kilőtt nyilak egy függőleges vonalon esnek le, bár a Föld forgásával ezeknek véleménye szerint le kell maradniuk a Föld mozgásától és nyugat felé kell esniük. a lövés pontjáról.

De még ezt az érvet is elutasította Oresme. Ha a Föld forog, akkor a nyíl függőlegesen felfelé repül, és egyúttal kelet felé mozog, és elfogja a Földdel együtt forgó levegő. Így a nyílnak ugyanarra a helyre kell esnie, ahonnan kilőtték. Bár itt ismét szóba kerül a levegő lenyűgöző szerepe, ez nem igazán játszik különösebb szerepet. A következő analógia erről szól:

Ugyanígy, ha a levegő zárva lenne egy mozgó hajóban, akkor az ezzel a levegővel körülvett ember számára úgy tűnhet, hogy a levegő nem mozog... Ha az ember egy nagy sebességgel kelet felé haladó hajóban lenne, nem tudna erről mozgást, és ha egyenes vonalban kinyújtja a kezét a hajó árboca mentén, úgy tűnhet neki, hogy a keze egyenes vonalú mozgás; ugyanígy, ezen elmélet szerint, úgy tűnik számunkra, hogy ugyanez történik egy nyíllal, amikor függőlegesen felfelé vagy függőlegesen lefelé lőjük. A nagy sebességgel kelet felé haladó hajó belsejében mindenféle mozgás megtörténhet: hosszanti, keresztirányú, le, fel, minden irányban – és pontosan ugyanúgy jelennek meg, mint a hajó álló helyzetében.

Ezután Oresme egy olyan megfogalmazást ad, amely előrevetíti a relativitás elvét:

Ezért arra a következtetésre jutok, hogy semmilyen kísérlettel lehetetlen bizonyítani, hogy az égnek van napi mozgása, és hogy a földnek nincs.

Oresme végső ítélete azonban a Föld forgásának lehetőségéről negatív volt. Ennek a következtetésnek az alapja a Biblia szövege volt:

Mindazonáltal eddig mindenki támogatja, és úgy gondolom, hogy az [Ég] és nem a Föld mozog, mert „Isten alkotta a Föld körét, amely nem fog elmozdulni”, minden ellenkező érv ellenére.

A Föld napi forgásának lehetőségét a későbbi idők középkori európai tudósai és filozófusai is megemlítették, de nem tettek hozzá olyan új érveket, amelyek ne szerepeltek volna Buridanban és Oresme-ben.

Így a középkori tudósok közül szinte senki sem fogadta el a Föld forgásának hipotézisét. A megbeszélés során azonban Kelet és Nyugat tudósai sok mély gondolatot fogalmaztak meg, amelyeket később a New Age tudósai is megismételtek.

Reneszánsz és modern idők

A 16. század első felében több olyan munka is megjelent, amelyek amellett érveltek, hogy az égbolt napi forgásának oka a Föld tengelye körüli forgása. Ezek egyike az olasz Celio Calcagnini értekezése „Az ég mozdulatlanságáról és a Föld forgásáról, vagy a Föld örökmozgásáról” (1525 körül íródott, 1544-ben jelent meg). Nem tett nagy benyomást kortársaira, hiszen ekkorra már megjelent Nicolaus Kopernikusz lengyel csillagász alapműve „Az égi szférák forgásairól” (1543), ahol a napi forgás hipotézise. a Föld a világ heliocentrikus rendszerének részévé vált, mint a szamoszi Arisztarchosz. Kopernikusz korábban egy kis kézzel írt esszében vázolta gondolatait Kis megjegyzés(legkorábban 1515-ben). Két évvel Kopernikusz fő műve előtt megjelent Georg Joachim Rheticus német csillagász munkája. Első elbeszélés(1541), ahol Kopernikusz elméletét népszerűsítették.

A 16. században Kopernikuszt teljes mértékben támogatták Thomas Digges, Rheticus, Christoph Rothmann, Michael Möstlin csillagászok, Giambatista Benedetti, Simon Stevin fizikusok, Giordano Bruno filozófus és Diego de Zuniga teológus. Egyes tudósok elfogadták a Föld tengelye körüli forgását, elutasítva transzlációs mozgását. Ez volt az álláspontja Nicholas Reimers német csillagásznak, más néven Ursusnak, valamint Andrea Cesalpino és Francesco Patrizi olasz filozófusoknak. Nem teljesen világos a kiváló fizikus, William Gilbert álláspontja, aki támogatta a Föld tengelyirányú forgását, de nem beszélt róla. előre mozgás. A 17. század elején heliocentrikus rendszer világ (beleértve a Föld tengelye körüli forgását is) lenyűgöző támogatást kapott Galilei Galileitól és Johannes Keplertől. A Föld mozgásának gondolatának legbefolyásosabb ellenfelei a 16. és a 17. század elején Tycho Brahe és Christopher Clavius ​​csillagászok voltak.

A Föld forgásának hipotézise és a klasszikus mechanika kialakulása

Lényegében a XVI-XVII. az egyetlen érv a Föld tengelyirányú forgása mellett az volt, hogy ebben az esetben nem kell óriási forgási sebességeket tulajdonítani a csillaggömbnek, mert már az ókorban is megbízhatóan megállapították, hogy az Univerzum mérete jelentősen meghaladja a méretet. a Földről (ezt az érvelést a Buridan és az Oresme is tartalmazta) .

Ezzel a hipotézissel szemben megfogalmazódtak az akkori dinamikus koncepciókon alapuló megfontolások. Először is ez a zuhanó testek pályáinak függőlegessége. Más érvek is megjelentek, például az egyenlő lőtávolság keleti és nyugati irányban. Arra a kérdésre válaszolva, hogy a napi forgás hatása a földi kísérletekben nem figyelhető meg, Kopernikusz ezt írta:

Nemcsak a Föld forog a hozzá kapcsolódó vízelemmel, hanem a levegő jelentős része és minden, ami a Földdel bármilyen módon rokon, vagy a Földhöz legközelebb eső, földi és vizes anyaggal telített levegő is követi a ugyanazok a természeti törvények, mint a Föld, vagy olyan mozgást szerzett, amelyet a szomszédos Föld állandó forgásban és ellenállás nélkül ad neki

És így, főszerep A levegő forgása általi magával ragadó szerepe van a Föld forgásának megfigyelhetetlenségében. A 16. századi kopernikusziak többsége ugyanezen a véleményen volt.

A 16. században az Univerzum végtelenségének hívei voltak még Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrizi – mindannyian alátámasztották azt a hipotézist, hogy a Föld forog a tengelye körül (és az első kettő a Nap körül is). Christoph Rothmann és Galileo Galilei úgy vélték, hogy a csillagok a Földtől eltérő távolságra helyezkednek el, bár nem beszéltek kifejezetten az Univerzum végtelenségéről. Másrészt Johannes Kepler tagadta az Univerzum végtelenségét, bár a Föld forgásának híve volt.

Vallási kontextus a Föld forgásáról szóló vitához

A Föld forgásával kapcsolatos számos kifogás összefüggésbe hozható a szöveggel való ellentmondásokkal Szentírás. Ezek a kifogások kétfélék voltak. Először is, a Biblia néhány helyére hivatkoztak annak megerősítésére, hogy a Nap az, amelyik napi mozgást végez, például:

A nap felkel és lenyugszik, és siet a helyére, ahol felkel.

Ebben az esetben a Föld tengelyirányú forgása érintett, mivel a Nap mozgása keletről nyugatra az égbolt napi forgásának része. Ezzel kapcsolatban gyakran idéztek Józsué könyvének egy részt:

Jézus az Úrhoz kiált azon a napon, amikor az Úr Izrael kezébe adta az amoritákat, amikor legyőzte őket Gibeonban, és megverték őket Izrael fiai előtt, és így szólt az izraeliták előtt: Állj, nap, Gibeon fölé. , és a Hold, Avalon völgye fölött. !

Mivel a megállási parancsot a Nap kapta, és nem a Föld, arra a következtetésre jutottak, hogy a Nap végezte a napi mozgást. Más szövegrészeket is idéztek a Föld mozdulatlanságának alátámasztására, például:

Szilárd alapokra helyezted a földet: nem rendül meg örökkön-örökké.

Úgy ítélték meg, hogy ezek a részek ellentmondanak mind annak a nézetnek, hogy a Föld forog a tengelye körül, mind a Nap körüli forgásnak.

A Föld forgásának hívei (különösen Giordano-Bruno, Johannes-Kepler és különösen Galileo-Galilei) több fronton is kiálltak. Először is rámutattak, hogy a Biblia érthető nyelven íródott hétköznapi emberek, és ha szerzői tudományos szempontból egyértelmű megfogalmazásokat adnának, nem tudná betölteni fő, vallási küldetését. Így Bruno ezt írta:

Sok esetben ostobaság és nem tanácsos sok igazság szerint okoskodni, nem pedig az adott eset és kényelem szerint. Például, ha a következő szavak helyett: „A nap megszületik és felkél, átmegy a délen és Aquilon felé hajlik”, a bölcs ezt mondta: „A föld egy körben megy kelet felé, és elhagyja a lenyugvó napot, megdől. a két trópus felé, a Ráktól délig, a Baktól Aquilonig”, akkor a hallgatók gondolkodni kezdenek: „Hogyan? Azt mondja, hogy a föld mozog? Miféle hír ez? A végén bolondnak tartanák, és ő is bolond lenne.

Ez a fajta válasz főként a Nap napi mozgásával kapcsolatos kifogásokra érkezett. Másodszor, megjegyezték, hogy a Biblia egyes szakaszait allegorikusan kell értelmezni (lásd a Bibliai allegorizmus című cikket). Így Galilei megjegyezte, hogy ha a Szentírást teljesen szó szerint értjük, akkor kiderül, hogy Istennek kezei vannak, ki van téve olyan érzelmeknek, mint a harag stb. fő gondolat A Föld mozgásának tanának védelmezői az voltak, hogy a tudománynak és a vallásnak más a célja: a tudomány az anyagi világ jelenségeit vizsgálja, az értelem érveitől vezérelve, a vallás célja az ember erkölcsi tökéletesítése, üdvössége. Galilei ezzel kapcsolatban Baronio bíborost idézte, hogy a Biblia azt tanítja, hogyan kell felmenni a mennybe, nem pedig a menny működését.

Ezeket az érveket mérlegelték katolikus templom nem volt meggyőző, 1616-ban pedig betiltották a Föld forgásának tanát, 1631-ben pedig Galileit az inkvizíció elítélte védelméért. Ez a tilalom azonban Olaszországon kívül nem volt jelentős hatással a tudomány fejlődésére, és főként magának a katolikus egyháznak a tekintélyének csökkenéséhez járult hozzá.

Hozzá kell tenni, hogy vallási érveket a Föld mozgása ellen nemcsak egyházi vezetők, hanem tudósok is felhoztak (például Tycho Brahe). Másrészt Paolo Foscarini katolikus szerzetes írt egy rövid esszét „Levél a Pythagoreusok és Kopernikusz nézeteiről a Föld mozgékonyságáról és a Nap mozdulatlanságáról, valamint az univerzum új Pythagore-rendszeréről” (1615). ahol Galileiéhez közel álló megfontolásokat fogalmazott meg, és Diego de Zuniga spanyol teológus még a kopernikuszi elméletet is felhasználta a Szentírás egyes szakaszainak értelmezésére (bár később meggondolta magát). A teológia és a Föld mozgásának tana közötti konfliktus tehát nem annyira a tudomány és a vallás konfliktusa volt, mint olyan, hanem a régi (a 17. század elejére már idejétmúlt) és az új konfliktusa. módszertani elvek, amelyek a tudomány alapját képezik.

A Föld forgásával kapcsolatos hipotézis jelentősége a tudomány fejlődésében

Megértés tudományos problémák, amelyet a forgó Föld elmélete vetett fel, hozzájárult a klasszikus mechanika törvényeinek felfedezéséhez és egy új kozmológia megalkotásához, amely az Univerzum határtalanságának gondolatán alapul. A folyamat során megvitatott, ezen elmélet és a Biblia literalista olvasása közötti ellentmondások hozzájárultak a természettudomány és a vallás elhatárolásához.

A csillagászat titokzatos és varázslatos világa ősidők óta felkeltette az emberiség figyelmét. Az emberek a csillagos égre emelték a fejüket, és örök kérdéseket tettek fel arról, hogy a csillagok miért változtatják helyzetüket, miért jön nappal és éjszaka, miért üvölt valahol a hóvihar, és valahol a sivatagban plusz 50...

A világítótestek és a naptárak mozgása

A Naprendszer legtöbb bolygója önmaga körül forog. Ugyanakkor mindannyian forradalmat hajtanak végre a Nap körül. Vannak, akik gyorsan és gyorsan teszik ezt, mások lassan és ünnepélyesen. Ez alól a Föld sem kivétel, folyamatosan mozog a világűrben. Még az ókorban is az emberek, nem ismerve ennek a mozgalomnak az okait és mechanizmusát, észrevettek egy bizonyos általános mintát, és naptárakat kezdtek összeállítani. Már akkor is érdekelte az emberiséget az a kérdés, hogy milyen sebességgel kering a Föld a Nap körül.

A nap napkeltekor kel fel

A Föld mozgása a tengelye körül a Föld napja. És bolygónk teljes áthaladása a csillag körüli ellipszoid pályán egy naptári év.

Ha felállsz északi sarkés rajzoljunk egy képzeletbeli tengelyt a Földön át a Déli-sarkra, kiderül, hogy bolygónk nyugatról keletre mozog. Emlékszel, az „Igor hadjáratának meséjében” azt mondják, hogy „A nap felkel napfelkeltekor”? A Kelet mindig találkozik napsugarak a Nyugat előtt. Ezért Újév tovább Távol-Kelet korábban történik, mint Moszkvában.

Ugyanakkor a tudósok megállapították, hogy bolygónkon mindössze két pont van statikus helyzetben az Északi- és a Déli-sarkhoz képest.

Őrült sebesség

A bolygó összes többi helye örökmozgásban van. Mekkora a Föld Nap körüli keringési sebessége? Az Egyenlítőnél a legmagasabb és eléri az 1670 km/órát. Közelebb a középső szélességi fokokhoz, például Olaszországban, a sebesség már sokkal alacsonyabb - 1200 km / óra. És minél közelebb van a pólusokhoz, annál kisebb és kisebb.

A Föld tengelye körüli forgási periódusa 24 óra. Ezt mondják a tudósok. Egyszerűbbnek hívjuk - egy nap.

Milyen sebességgel forog a Föld a Nap körül?

350-szer gyorsabb, mint egy versenyautó

A Föld a tengelye körüli forgása mellett elliptikus mozgást is végez a Nap nevű csillag körül. Milyen sebességgel A tudósok már régóta kiszámították ezt a mutatót összetett képletek és számítások segítségével. A Föld Nap körüli keringési sebessége 107 ezer kilométer per óra.

Nehéz elképzelni is ezeket az őrült, irreális számokat. Például még a legtöbb versenyautó is - 300 kilométer per óra - 356-szor kisebb, mint a Föld keringési sebessége.

Nekünk úgy tűnik, hogy emelkedik és emelkedik, hogy a Föld mozdulatlan, és a világítótest kört alkot az égen. Nagyon hosszú ideje Pontosan ezt gondolta az emberiség, amíg a tudósok be nem bizonyították, hogy minden fordítva történik. Ma már egy iskolás is tudja, mi történik a világban: a bolygók simán és ünnepélyesen keringenek a Nap körül, és nem fordítva. A Föld a Nap körül kering, és egyáltalán nem úgy, ahogy az ókori emberek hitték.

Megtudtuk tehát, hogy a Föld és a Nap forgási sebessége a tengelye körül 1670 km/óra (az egyenlítőn), illetve 107 ezer km/óra. Hú, repülünk!

Nap- és sziderális év

Egy teljes kört, vagy inkább egy ellipszoid alakú oválist, a Föld bolygó 356 nap 5 óra 48 perc 46 másodperc alatt kerüli meg a Napot. A csillagászok ezeket a számokat asztrológiai évnek nevezik. Ezért a „Mekkora a Föld Nap körüli keringésének gyakorisága” kérdésre? egyszerűen és tömören válaszolunk: „Egy év.” Ez a szám változatlan, de valamiért négyévente megtörténik velünk. szökőév, amelynek van még egy napja.

Csak arról van szó, hogy a csillagászok régóta egyetértenek abban, hogy a plusz 5 és „kopejka” órát nem számolják minden évben, hanem a csillagászati ​​év számát választották, ami a nap többszöröse. Így egy év 365 nap. De hogy idővel ne legyen kudarc, nehogy a természetes ritmusok időben eltolódjanak, négyévente egyszer egy plusz nap jelenik meg a naptárban februárban. 4 év leforgása alatt ezek a negyednapok „összegyűlnek” egy teljes nappá – és szökőévet ünnepelünk. Így arra a kérdésre válaszolva, hogy mekkora a Föld Nap körüli keringésének gyakorisága, nyugodtan mondjon egy évet.

A tudományos világban létezik a „szoláris év” és a „sziderális (sziderális) év” fogalma. Körülbelül 20 perc a különbség köztük, és ez abból adódik, hogy bolygónk gyorsabban mozog pályáján, mint ahogy a Nap visszatér arra a helyre, amelyet a csillagászok a tavaszi napéjegyenlőség pontjaként határoztak meg. A Föld Nap körüli keringésének sebességét már ismerjük, és a Föld Nap körüli keringésének teljes periódusa 1 év.

Napok és évek más bolygókon

A Naprendszer kilenc bolygójának megvan a maga „fogalma” a sebességről, arról, hogy mi a nap és mi a csillagászati ​​év.

A Vénusz bolygó például 243 földi nap alatt megfordul önmaga körül. El tudod képzelni, mennyi mindent tudsz ott csinálni egy nap alatt? És meddig tart az éjszaka?

De a Jupiteren ennek az ellenkezője igaz. Ez a bolygó óriási sebességgel forog a tengelye körül, és 9,92 óra alatt képes 360 fokkal elfordulni.

A Föld Nap körüli keringési sebessége egy év (365 nap), de a Merkúré mindössze 58,6 földi nap. A Földhöz legközelebbi bolygón, a Marson a nap majdnem annyi ideig tart, mint a Földön - 24 és fél óra, de az év csaknem kétszer olyan hosszú - 687 nap.

A Föld Nap körüli keringése 365 nap. Most szorozzuk meg ezt a számot 247,7-tel, és kapjunk egy évet a Plútó bolygón. Egy évezred telt el számunkra, de csak négy év telt el a Naprendszer legtávolabbi bolygóján.

Ezek paradox értékek és számok, amelyek skálájukban ijesztőek.

Titokzatos ellipszis

Hogy megértsük, miért változnak időszakosan az évszakok a Földön, miért mi, mi középső sáv, és télen hideg van, fontos, hogy ne csak arra a kérdésre válaszoljunk, hogy milyen gyorsan forog a Föld a Nap körül, és milyen úton. Azt is meg kell érteni, hogyan teszi ezt.

És ezt nem körben, hanem ellipszisben teszi. Ha megrajzoljuk a Föld Nap körüli pályáját, azt látjuk, hogy januárban van a legközelebb a Naphoz, legtávolabb pedig júliusban. A Föld pályájának legközelebbi pontját perihéliumnak, a legtávolabbi pontot pedig aphelionnak nevezzük.

Mivel a Föld tengelye nem szigorúan függőleges helyzetben van, hanem körülbelül 23,4 fokkal meg van dőlve, és az ellipszoid pályához viszonyítva a dőlésszög 66,3 fokra nő, kiderül, hogy különböző helyzetekben a Föld különböző oldalait teszi ki a Nap.

A pálya dőléséből adódóan a Föld különböző félgömbökkel fordul a csillag felé, ebből adódik az időjárás változása. Amikor az északi féltekén tombol a tél, a déli féltekén forró nyár virágzik. Hat hónap telik el, és a helyzet pont az ellenkezője változni fog.

Pörögj, földi világító!

A Nap kering valami körül? Természetesen! A térben nincsenek teljesen mozdulatlan tárgyak. Minden bolygó, minden műholdja, minden üstökös és aszteroida úgy forog, mint az óramű. Természetesen a különböző égitestek eltérő forgási sebességgel és tengelydőlésszöggel rendelkeznek, de ettől függetlenül mindig mozgásban vannak. És a Nap, amely egy csillag, nem kivétel.

A Naprendszer nem önálló zárt tér. A Tejútrendszer nevű hatalmas spirálgalaxis része. Ez viszont nem kevesebb, mint 200 milliárd csillagot tartalmaz. A Nap körben mozog a galaxis középpontjához képest. A tudósok a Nap tengely körüli forgási sebességét és a Tejútrendszer galaxisát is kiszámították hosszú távú megfigyelések és matematikai képletek segítségével.

Ma már ilyen adatok állnak rendelkezésre. A körkörös mozgás teljes ciklusa Tejút A Napnak 226 millió évre van szüksége, hogy áthaladjon. A csillagászatban ezt a számot „galaktikus évnek” nevezik. Sőt, ha a galaxis felszínét laposnak képzeljük el, akkor csillagunk enyhe oszcillációkat hajt végre, fel és le, felváltva a Tejútrendszer északi és déli féltekéjén. Az ilyen ingadozások gyakorisága 30-35 millió év.

A tudósok úgy vélik, hogy a Napnak 30 teljes fordulatot sikerült megtennie a Tejút körül a Galaxis fennállása alatt. Így a Nap eddig mindössze 30 galaktikus évet élt. Mindenesetre a tudósok ezt mondják.

A legtöbb tudós úgy véli, hogy az élet a Földön 252 millió évvel ezelőtt kezdődött. Így tehát vitatható, hogy az első élő szervezetek a Földön akkor jelentek meg, amikor a Nap a Tejútrendszer körüli 29. fordulatát, vagyis galaktikus életének 29. évében megtette.

A test és a gázok különböző sebességgel mozognak

Sokat tanultunk Érdekes tények. Már ismerjük a Föld Nap körüli keringési sebességét, megtudtuk, mi a csillagászati ​​és galaktikus év, milyen sebességgel mozog a Föld és a Nap a pályáján, és most meg fogjuk határozni, milyen sebességgel forog a Nap tengelye körül.

A tényt, hogy a Nap forog, az ókori kutatók vették észre. Időnként megjelentek és eltűntek rajta. hasonló foltok, amiből arra következtethetünk, hogy egy tengely körül forog. De milyen sebességgel? A legmodernebb kutatási módszerekkel rendelkező tudósok nagyon sokáig vitatkoztak erről.

Hiszen sztárunknak nagyon összetett összetétele van. Teste szilárd folyadék. Belül egy szilárd mag található, amely körül forró folyadékköpeny található. Fölötte kemény kéreg van. Ráadásul a Nap felszínét forró gázok borítják, amelyek folyamatosan égnek. Ez egy nehéz gáz, amely főleg hidrogénből áll.

Tehát maga a Nap teste lassan forog, de ez az égő gáz gyorsan forog.

25 nap és 22 év

A Nap külső héja 27 és fél nap alatt teljes kört forog tengelye körül. A csillagászok ezt a napfoltok megfigyelésével tudták megállapítani. De ez az átlag. Például az Egyenlítőnél gyorsabban forognak, és 25 nap alatt megfordulnak tengelyük körül. A pólusokon a foltok 31-36 napos sebességgel mozognak.

Maga a csillag teste 22,14 év alatt forog tengelye körül. Általában a földi élet száz éve alatt a Nap csak négy és félszer fordul meg tengelye körül.

Miért tanulmányozzák a tudósok ilyen pontosan csillagunk forgási sebességét?

Mert sok evolúciós kérdésre ad választ. Végül is a Napcsillag minden élet forrása a Földön. Sok kutató szerint a napkitörések miatt jelent meg az élet a Földön (252 millió évvel ezelőtt). És pontosan a Nap viselkedése miatt haltak meg a dinoszauruszok és más hüllők az ókorban.

Ragyogj ránk, Nap!

Az emberek állandóan azon töprengenek, hogy a Nap kimeríti-e az energiáját, és kialszik? Természetesen kialszik – semmi sem örök a világon. És az ilyen hatalmas csillagok számára megvan a születés, az aktivitás és a bomlás ideje. De egyelőre a Nap az evolúciós ciklus közepén jár, és elég energiája van. Egyébként a kezdet kezdetén ez a csillag kevésbé volt fényes. A csillagászok megállapították, hogy a fejlődés legkorábbi szakaszában a Nap fényessége 70 százalékkal alacsonyabb volt, mint most.