A forgástengely körüli mozgás az objektumok mozgásának egyik leggyakoribb típusa a természetben. Ebben a cikkben ezt a fajta mozgást a dinamika és a kinematika szempontjából vizsgáljuk. A fő fizikai mennyiségekre vonatkozó képleteket is megadjuk.

Milyen mozgalomról beszélünk?

Szó szerint a testek körben történő mozgatásáról, azaz forgásáról fogunk beszélni. Az ilyen mozgás szembetűnő példája az autó vagy kerékpár kerekének forgása, miközben a jármű mozog. A műkorcsolyázó tengelye körüli forgása összetett piruettet hajt végre jégen. Vagy bolygónk forgása a Nap körül és saját, az ekliptika síkjához hajló tengelye körül.

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. A teljes mechanikai rendszer számos tulajdonsága az értékétől függ, 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 terjedő 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 pont esetében a következő képlettel számítjuk ki:

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

Itt p¯ a lineáris momentum.

Az L¯ impulzusmegmaradási törvényt 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 időbeli változásához kapcsolódnak. Vagyis a forgáskinematikájának vizsgálati tárgyai a sebességek, a gyorsulások és a forgásszögek.

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

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

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

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

α \u003d dω / dt \u003d 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 kezdte növelni a sebességét, akkor egy ilyen mozgás a következő képlettel írható le:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

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

Lineáris és szögsebesség

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

Tegyük fel, hogy valamely anyagi pont 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 közben ω nem függ a tengely távolságától, míg v értéke lineárisan növekszik r növekedésével. Ez utóbbi tény magyarázza, 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 a Naprendszerben kétféle forgó mozgást végez:

• tengelye körül;
• a csillag körül.

Számítsuk ki az ω és v sebességeket az elsőre.

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

ω \u003d 2 * pi / (24 * 3600) \u003d 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 összekapcsolására szolgáló képlet segítségével megkapjuk:

v \u003d ω * r \u003d 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 ballisztikus rakéták repülésénél figyelembe kell venni. Sok légköri jelenségnek is ez az oka, mint például a passzátszelek irányának nyugat felé való eltérése.

A Föld folyamatosan mozgásban van, kering a Nap és saját tengelye körül. Ez a mozgás és a Föld tengelyének állandó dőlése (23,5°) meghatározza az általunk normális jelenségként megfigyelhető hatásokat: éjszaka és nappal (a Föld tengely körüli forgása miatt), az évszakok változása (a a Föld tengelyének dőlésszöge), valamint a különböző területeken eltérő éghajlat. A földgömbök forgathatók és tengelyük a Föld tengelyéhez hasonló hajlásszögű (23,5°), így egy földgömb segítségével elég pontosan nyomon követhető a Föld mozgása a tengelye körül, a "Föld - Nap" segítségével " rendszerrel nyomon követheti 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 fordulatot hajtson végre a saját tengelyén. A nappal és az éjszaka a Föld forgásának köszönhető. A Föld tengelye körüli forgásának szögsebessége, vagy az a szög, amellyel 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 30°-os szélességi fokon 1445 km/h (400 m/s).
Nem vesszük észre a Föld forgását azon egyszerű oknál fogva, hogy a körülöttünk lévő összes objektum párhuzamosan és velünk egyidejűleg, azonos sebességgel mozog, és nincsenek körülöttünk "relatív" mozgások. Ha például egy hajó egyenletesen, gyorsulás és lassulás nélkül halad át a tengeren szélcsendes időben, hullámok nélkül a víz felszínén, akkor egyáltalán nem fogjuk érezni, hogyan mozog egy ilyen hajó, ha lőrés nélküli kabinban vagyunk. , mivel a kabinban lévő összes tárgy párhuzamosan mozog 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 irányban. 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 nevezzük.és 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 túllép 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 minimális a sebesség (29,27 km/s) és az aphelion (az animációban felső piros pont) áthaladása után gyorsulni kezd, januárban pedig a maximális sebesség (30,27 km/s) 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 óra alatt egyszer (egy évben 365-ször) megfordul saját tengelye körül.
Valójában, ha alaposabban vesszük a Föld mozgását, akkor az sokkal bonyolultabb, mivel különféle tényezők befolyásolják a Földet: 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 együtt 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 tengelyére egy képzeletbeli vonalat veszünk, amely körül forog. Ez a tengely 23 ° 27 "-kal eltér az ekliptika síkjára merőlegestől. A Föld tengelye két ponton metszi a Föld felszínét - a pólusok - az északi és a déli. Az Északi-sarkról nézve a Föld forgása megtörténik. az óramutató járásával ellentétes irányban, vagy ahogyan általában hiszik, nyugatról keletre. A bolygó egy nap alatt teljes körforgást végez a tengelye körül.

Rizs. 1. A Föld forgása a tengelye körül

A nap egy időegység. Külön sziderális és szoláris napok.

sziderikus nap az az idő, ameddig a Föld a csillagokhoz képest a tengelye körül forog. Ezek 23 óra 56 perc 4 másodperc.

szoláris nap az az idő, ameddig a Föld a Naphoz viszonyított tengelye körül forog.

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

A Föld tengelye körüli forgását 1851-ben J. Foucault bizonyította kísérletében. Párizsban, a Pantheonban a kupola alá egy ingát akasztottak, alatta pedig egy kört osztásokkal. Minden következő mozdulattal az inga új osztásokon mutatkozott. 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 jön létre, amely fontos szerepet játszik a bolygó alakjának kialakításában és csökkenti a gravitációs erőt.

A tengelyirányú forgás másik legfontosabb következménye a forgóerő 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 vezettek 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 tér el. 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 különösen a légtömegek mozgási irányában érezhető. A Föld forgásának eltérítő erejének hatására mindkét félteke mérsékelt szélességi köreinek széle túlnyomórészt nyugati, a trópusi szélességi körökön pedig keleti irányt vesz fel. A Coriolis-erő hasonló megnyilvánulása az óceánvizek mozgási irányában. A folyóvölgyek aszimmetriája is ehhez az erőhöz kapcsolódik (a jobb part általában magas az északi féltekén, a déli - bal).

A Föld tengelye körüli forgása a napfény keletről nyugatra történő mozgásához is vezet a Föld felszínén, vagyis a nappal és az éjszaka változásához.

A nappal és az éjszaka változása napi ritmust teremt az élő és élettelen természetben. A napi ritmus szorosan összefügg a fény- és hőmérsékleti viszonyokkal. Jól ismert a hőmérséklet napi lefutása, a nappali és az éjszakai szellő stb.. A napi ritmusok az élővilágban is előfordulnak - a fotoszintézis csak nappal lehetséges, a legtöbb növény különböző órákban nyitja virágát; Egyes állatok nappal, mások éjszaka aktívak. Az emberi élet is napi ritmusban zajlik.

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

1884 óta zónaidőszámítást fogadtak el, vagyis a Föld teljes felületét 24, egyenként 15 ° -os időzónára osztották. Mögött szabványos idő vegyük az egyes övek középső meridiánjának helyi idejét. A szomszédos időzónák egy órával különböznek egymástól. Az övek határait a politikai, közigazgatási és gazdasági határok figyelembevételével húzzák meg.

A nulla öv Greenwich (a London melletti Greenwich Obszervatórium nevén), amely a nulla meridián mindkét oldalán fut. A nulla vagy kezdő meridián idejét veszik figyelembe Világ idő.

A Meridian 180° nemzetköziként elfogadott dátum mérési vonal- egy feltételes vonal a földgömb felszínén, amelynek mindkét oldalán az órák és a percek egybeesnek, a naptári dátumok pedig egy nappal eltérnek.

Hazánkban 1930-ban bevezették a nyári napfény ésszerűbb felhasználását szülési idő, egy órával megelőzi a zónát. Ehhez az óra mutatóit egy órával előre mozdították. Ebben a tekintetben Moszkva, mivel a második időzónában van, a harmadik időzóna szerint él.

1981 óta, április és október között egy órával előre tolták az időt. Ez az ún nyári idő. Az energiatakarékosság érdekében kerül bevezetésre. Nyáron Moszkva két órával megelőzi a normál időt.

Az időzóna, 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 gondolják, hogy egy évben 365 nap van, és négyévente, amikor hat órából 24 óra „gyűlik össze”, nem 365, hanem 366 nap van egy évben. Ezt az évet ún szökőév,és egy nap hozzáadódik a februárhoz.

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

Rizs. 4. A Föld mozgása a Nap körül

A Föld éves Nap körüli mozgását a Nap égboltbeli helyzetének folyamatos változása figyeli meg - a Nap déli magassága, valamint napkelte és napnyugta helyzete, a fényes és a sötét rész időtartama változik. 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 hajlása következtében a napsugárzás egyenetlen eloszlása ​​figyelhető meg a Földön az év során. . Így változnak az évszakok, ami minden olyan bolygóra jellemző, amelynek a forgástengelye a pályája síkjához képest hajlik. (ekliptika) 90°-tól eltérő. A bolygó keringési sebessége az északi féltekén télen nagyobb, nyáron kisebb. Ezért a téli félév 179, a nyári félév 186 napig tart.

A Föld Nap körüli mozgása és a Föld tengelyének 66,5°-os pályája síkjához való dőlése következtében bolygónkon nemcsak az évszakok változása figyelhető meg, hanem a naphossz változása is. és éjszaka.

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

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

Napéjegyenlőség- az a pillanat, amikor a Nap középpontja az ekliptika mentén való látszólagos éves mozgása során átlépi az égi egyenlítőt. Vannak tavaszi és őszi napéjegyenlőségek.

A Föld Nap körüli forgástengelyének dőlése a március 20-21-i és a szeptember 22-23-i napéjegyenlőség idején a Naphoz képest semleges, a bolygó vele szemben lévő részei pedig pólustól pólusig egyenletesen megvilágítottak. 5). A napsugarak függőlegesen esnek az Egyenlítőre.

A leghosszabb nappal és a legrövidebb éjszaka a nyári napfordulókor van.

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

Napforduló- az ekliptika pontjainak, az egyenlítőtől legtávolabbi pontjainak (napfordulópontok) áthaladásának pillanata. Vannak nyári és téli napfordulók.

A június 21-22-i nyári napforduló napján a Föld olyan helyzetet vesz fel, amelyben tengelyének északi vége a Nap felé billen. És a sugarak függőlegesen nem az egyenlítőre, hanem az északi trópusra esnek, amelynek szélessége 23 ° 27 "Egész nappal és éjjel nem csak a sarki régiók világítanak, hanem a rajtuk túli tér is a 66 ° 33 szélességig" ( Sarkkör). A déli féltekén ebben az időben csak az egyenlítő és a déli sarkkör (66°33") között fekvő része válik megvilágítottnak, azon túl pedig ezen a napon a földfelszín nincs megvilágítva.

A december 21-22-i téli napforduló napján minden fordítva történik (6. kép). A napsugarak már a déli trópusra hullanak. A déli féltekén megvilágított területek nemcsak az Egyenlítő és a trópus között, hanem a Déli-sark környékén is. Ez a helyzet a tavaszi napéjegyenlőségig tart.

Rizs. 6. A Föld megvilágítása a téli napforduló napján

A Föld két párhuzamában a napforduló napjaiban a Nap délben közvetlenül a megfigyelő feje fölött, vagyis a zenitben van. Az ilyen párhuzamokat ún 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 alig változik, így az évszakok változása nem fejeződik ki.

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

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

sarki éjszaka az északi sarkkör szélességi fokán egy naptól a sarkokon 176 napig tart. A sarki éjszaka folyamán a Nap nem jelenik meg a horizont felett. Az északi féltekén, az északi sarkkör szélességi fokán december 22-én figyelhető meg ez a jelenség.

Lehetetlen nem megjegyezni egy olyan csodálatos természeti jelenséget, mint a fehér éjszakák. Fehér éjszakák- ezek a nyár eleji fényes éjszakák, amikor az esti hajnal összefolyik a hajnali hajnallal, és egész éjjel tart az alkony. Mindkét féltekén megfigyelhető a 60°-ot meghaladó szélesség, amikor a Nap középpontja éjfélkor legfeljebb 7°-kal esik a horizont alá. Szentpéterváron (kb. 60°N) a fehér éjszakák június 11-től július 2-ig, Arhangelszkben (64°N) május 13-tól július 30-ig tartanak.

Az éves mozgáshoz kapcsolódó évszakos ritmus elsősorban a földfelszín megvilágítását érinti. A Nap horizont feletti magasságának változásától függően a Földön öt van világító övek. A forró öv az északi és a déli trópusok (a Rák trópusa és a Bak trópusa) között fekszik, a Föld felszínének 40%-át foglalja el, és a Napból érkező legnagyobb hőmennyiség jellemzi. A trópusok és az Északi-sarkkör között a déli és az északi féltekén mérsékelt megvilágítási zónák találhatók. Az évszakok már itt is kifejeződnek: minél távolabb a trópusoktól, minél rövidebb és hűvösebb a nyár, annál hosszabb és hidegebb a tél. Az északi és déli féltekén a sarki öveket az Északi-sarkkör határolja. Itt a Nap horizont feletti magassága év közben alacsony, így a naphő mennyisége minimális. A sarki zónákat sarki nappalok és éjszakák jellemzik.

A Föld Nap körüli éves mozgásától függően nemcsak az évszakok váltakozása és az ezzel járó földfelszín szélességi fokon átívelő egyenetlen megvilágítása van jelen, hanem a földrajzi burokban zajló folyamatok jelentős része is: évszakos időjárás-változások, a folyók és tavak rendszere, a növények és állatok életritmusa, a mezőgazdasági munka típusai és feltételei.

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, a holdfázisok változását. Az első egyiptomi naptár a 4. században készült. időszámításunk előtt e. 45. január 1-jén Julius Caesar bevezette a Julianus-naptárt, amelyet még mindig használ az orosz ortodox egyház. Tekintettel arra, hogy a Julianus év időtartama 11 perc 14 másodperccel hosszabb a csillagászati ​​évnél, a XVI. 10 napos „hiba” halmozódott fel - a tavaszi napéjegyenlőség napja nem március 21-én, hanem március 11-én jött el. 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 naptár Gergely néven vált ismertté. Oroszországban 1918-ban vezették be. Azonban számos hátránya is van: a hónapok egyenetlen hossza (28, 29, 30, 31 nap), a negyedévek egyenlőtlensége (90, 91, 92 nap), a hónapok számának inkonzisztenciája 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 repülő repülőgép (12 km magasságban: 936 km/h Moszkva szélességi fokán, 837 km/h Szentpétervár szélességi fokán) nyugalomban lesz az inerciális vonatkoztatási rendszerben .
• A Föld tengely körüli forgásának egy sziderális napos periódussal és a Nap körüli forgásának egyéves periódussal történő szuperpozíciója a szoláris és a sziderális napok egyenlőtlenségéhez vezet: az átlagos szoláris nap hossza pontosan 24 óra, ami 3 perccel 56 másodperccel hosszabb, mint a sziderikus nap.

Fizikai jelentés és kísérleti megerősítés

A Föld tengelye körüli forgásának fizikai jelentése

Mivel minden mozgás relatív, meg kell jelölni egy konkrét vonatkoztatási rendszert, amelyhez képest egy test mozgását vizsgáljuk. Amikor azt mondják, hogy a Föld egy képzeletbeli tengely körül forog, ez azt jelenti, hogy bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez képest forgómozgást végez, és ennek a forgásnak az időtartama megegyezik a sziderális napokkal - a Föld teljes körforgása (égi) gömb) az égi szférához (Föld) képest.

A Föld tengelye körüli forgásának minden kísérleti bizonyítéka arra a bizonyítékra redukálódik, hogy a Földhöz tartozó vonatkoztatási rendszer egy speciális típusú, nem inerciális vonatkoztatási rendszer - egy olyan vonatkoztatási rendszer, amely forgó mozgást hajt végre a tehetetlenségi keretekhez képest. referencia.

Ellentétben az inerciális mozgással (vagyis a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerekhez viszonyított egyenletes egyenes vonalú mozgással) egy zárt laboratórium nem tehetetlenségi mozgásának észleléséhez nem szükséges külső testeken megfigyeléseket végezni - az ilyen mozgásokat lokális kísérletekkel (vagyis , ebben a laboratóriumban végzett kísérletek). A szó ilyen értelmében abszolútnak nevezhető a nem tehetetlenségi 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 gyorsulás szabadesés  függ a földrajzi szélességtől: minél közelebb van a pólushoz, annál nagyobb. Ez a centrifugális erő hatásának köszönhető. Először is, a földfelszín magasabb szélességi fokon található pontjai közelebb vannak a forgástengelyhez, és ezért a pólushoz közeledve a távolság r (\displaystyle r) a forgástengelytől csökken, a póluson eléri 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 ingaórák lassabban járnak az Egyenlítő közelében, mint Párizsban. Newton ezt hamarosan azzal magyarázta, hogy az inga periódusa fordítottan arányos a gravitációból adódó gyorsulás négyzetgyökével, amely az egyenlítőn a centrifugális erő hatására csökken.

A Föld ellaposodása. 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 francia expedíció adatainak feldolgozása eredményeként, amelyeket kifejezetten ennek a probléma megoldására készítettek Peruban (Pierre Bouguer vezetésével). és Charles de la Condamine ) és Lappföld (Alexis Clero és maga Maupertuis vezetésével).

Coriolis Force Effects: Laboratóriumi kísérletek

Ezt a hatást legvilágosabban a pólusokon kell kifejezni, ahol az inga síkjának teljes forgásának periódusa megegyezik a Föld tengelye körüli forgásának periódusával (sziderális napok). Általános esetben a periódus fordítottan arányos a földrajzi szélesség szinuszával, az egyenlítőn az inga lengésének síkja változatlan.

Giroszkóp- a jelentős tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező forgó test megtartja a szögimpulzusát, ha nincsenek erős perturbációk. Foucault, aki belefáradt abba, hogy elmagyarázza, mi történt egy nem a sarkon lévő Foucault-ingával, egy újabb demonstrációt dolgozott ki: egy felfüggesztett giroszkóp megtartotta orientációját, ami azt jelenti, hogy lassan forgott 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 forgási sebességének a földrajzi szélességtől való függésének köszönhető: az egyenlítőtől a pólus felé haladva a lövedék megtartja a vízszintes irányt. A sebesség komponense változatlan, míg a földfelszíni pontok lineáris forgási sebessége csökken, ami a lövedéknek a Föld forgási irányába való elmozdulásához vezet a meridiánról. Ha a lövést az egyenlítővel párhuzamosan adták le, akkor a lövedék párhuzamból való elmozdulása abból adódik, hogy a lövedék röppályája a Föld középpontjával egy síkban van, míg a Föld felszínén lévő pontok a Föld forgástengelyére merőleges sík. Ezt a hatást (a meridián menti tüzelés 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 sebességének nagy függőleges komponense van, a Coriolis-erő keletre irányul, ami a magas toronyból szabadon (kezdősebesség nélkül) leeső test röppályájának megfelelő eltéréséhez vezet. Inerciális vonatkoztatási rendszerben vizsgálva a hatást az magyarázza, hogy a torony teteje a Föld középpontjához képest gyorsabban mozog, mint az alap, ami miatt a test pályája keskeny parabolának bizonyul. és a test valamivel a torony alapja előtt van.

Eötvös-effektus. Alacsony szélességi fokon a Coriolis-erő a földfelszín mentén haladva függőleges irányban irányul, és hatása a szabadesés gyorsulásának növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet attól függően, hogy a test nyugatra vagy keletre mozog. Ezt a hatást Eötvös-effektusnak nevezik a 20. század elején kísérletileg felfedező magyar fizikus tiszteletére.

Kísérletek a szögimpulzus megmaradásának törvényével. Egyes kísérletek az impulzus megmaradásának törvényén alapulnak: inerciális vonatkoztatási rendszerben az impulzus értéke (amely megegyezik az impulzus  tehetetlenségi nyomaték és a forgási szögsebesség szorzatával) nem változik a belső erők hatására. Ha egy kezdeti időpontban a létesítmény mozdulatlan a Földhöz képest, akkor a tehetetlenségi referenciakerethez viszonyított forgási sebessége megegyezik a Föld forgási szögsebességével. Ha megváltoztatja a rendszer tehetetlenségi nyomatékát, akkor a forgási szögsebességének meg kell változnia, azaz a Földhöz viszonyított forgás megkezdődik. A Földhöz kapcsolódó nem inerciális vonatkoztatási rendszerben a forgás a Coriolis-erő hatására következik be. Ezt az ötletet Louis Poinsot francia tudós javasolta 1851-ben.

Az első ilyen kísérletet Hagen állította be 1910-ben: egy sima keresztrúdra két súlyt helyeztek mozdulatlanul a Föld felszínéhez képest. Ezután a terhelések közötti távolság csökkent. Ennek eredményeként a telepítés forgásba került. Még szemléltetőbb kísérletet végzett Hans Bucka német tudós 1949-ben. Egy téglalap alakú keretre merőlegesen egy körülbelül 1,5 méter hosszú rudat szereltek fel. Kezdetben a rúd vízszintes volt, a telepítés a Földhöz képest álló helyzetben 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 hatással van a víz örvénylésének irányára mosogatóban vagy fürdőkádban történő leeresztéskor, így általában a tölcsérben a forgásirány nincs összefüggésben a Föld forgásával. Csak gondosan ellenőrzött kísérletekben lehet elkülöníteni a Coriolis-erő hatását más tényezőktől: az északi féltekén a tölcsér az óramutató járásával ellentétes irányba csavarodik, a déli féltekén - fordítva.

A Coriolis-erő hatásai: Környezeti jelenségek

Optikai kísérletek

Számos, a Föld forgását demonstráló kísérlet a Sagnac-effektuson alapul: ha a gyűrűs interferométer forog, akkor a relativisztikus hatások miatt fáziskülönbség jelenik meg a szembejövő 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 vetületének területe az egyenlítői síkon (a forgástengelyre merőleges sík), 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 gyűrűs interferométerek kalibrálásakor figyelembe kell venni a Föld forgását.

A Föld napi forgásának számos más kísérleti demonstrációja is létezik.

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 Hicket és Ekfant javasolták. Egyes rekonstrukciók szerint a krotoni pitagorasz Philolaus (Kr. e. 5. század) is állította a Föld forgását. A Föld forgásának jelzéseként értelmezhető kijelentést tartalmaz a platóni párbeszéd Tímea .

Giketáról és Ekfantról azonban szinte semmit nem tudni, sőt néha még létezésüket is megkérdőjelezik. A legtöbb tudós véleménye szerint a Föld Philolaus világának rendszerében nem forog, hanem előre mozgott a Központi Tűz körül. Más írásaiban Platón a Föld mozdulatlanságáról alkotott hagyományos nézetet követi. Számos bizonyítékot kaptunk azonban arra vonatkozóan, hogy a Föld forgásának gondolatát Heraclides Pontic filozófus (Kr. e. IV. század) védte. Valószínűleg a Föld tengelye körüli forgásának hipotéziséhez kapcsolódik Héraklid másik feltételezése: minden csillag egy világ, amely magában foglalja 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 a feltevés, hogy a csillagokat ugyanazon a szférán lévőknek tekintsük.

Körülbelül egy évszázaddal később a Föld forgásának feltételezése az első szerves részévé vált, amelyet a nagy szamoszi Arisztarchosz csillagász (Kr. e. 3. század) javasolt. Arisztarchoszt támogatta a babiloni Szeleukosz (Kr. e. II. század), valamint Heraklid  Pontos, aki az Univerzumot végtelennek tartotta. Az a tény, hogy a Föld napi forgásának gondolata már a Kr. u. például Seneca, Derkillid filozófusok, Claudius Ptolemaiosz csillagász néhány kijelentése tanúskodik. 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 megindult: a Föld felszíne elmozdulna 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 következik, hogy a Föld forgásának hipotézisének hívei ezekre az érvekre azt válaszolták, hogy a levegő és minden földi objektum együtt mozog a Földdel. Nyilvánvalóan a levegő szerepe ebben az okfejtésben alapvetően fontos, hiszen nyilvánvaló, hogy bolygónk forgását éppen a Földdel együtt való mozgása rejti. Ptolemaiosz ezzel ellenkezik

A levegőben lévő testek mindig lemaradnak... És ha a testek a levegő egészével együtt forognak, akkor egyikük sem előzné meg a másikat, vagy nem maradna le a másiktól, hanem a helyén maradna, repülés közben és dobás közben nem tennének olyan eltéréseket, mozgásokat egy másik helyre, amilyeneket a saját szemünkkel látunk végbemenni, és egyáltalán nem lassulnának, nem gyorsulnának, mert a Föld nem áll.

Középkorú

India

A középkori szerzők közül az első, aki a Föld tengelye körüli forgását javasolta, a nagy indiai csillagász és matematikus, Aryabhata volt (V. század vége - 6. század eleje). Értekezésében több helyen is megfogalmazza. Ariabhatia, Például:

Ahogyan egy előre haladó hajón álló ember látja a hátrafelé mozgó rögzített tárgyakat, úgy a megfigyelő... látja az állócsillagokat, amelyek egyenes vonalban haladnak nyugat felé.

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

Aryabhatát egyetlen csillagász támogatta, Prthudaka (9. század). 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 (6. század) is megismételte azt a régi érvet, amely szerint a magas hegyről lezuhant test a tövébe süllyedhet. Ezzel együtt azonban visszautasította Varahamihira egyik érvét: véleménye szerint hiába forogna a Föld, a tárgyak gravitációjuk miatt nem tudtak elszakadni tőle.

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 érvet: a lehulló testek pályáinak függőlegességét is megcáfolták. Lényegében egyúttal megfogalmazódott a mozgások szuperpozíciójának elve is, amely szerint bármely mozgás két vagy több komponensre bontható: a forgó Föld felszínéhez képest a leeső test egy függővonal mentén mozog, de az a pont, amely ennek az egyenesnek a Föld felszínére vetülete, átkerülne rá.forgás. Ezt bizonyítja a híres tudós-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 XIII-XVI. századi tudósok körében, akik a maragai és a szamarkandi csillagvizsgálóhoz kötődnek, vita bontakozott ki a Föld mozdulatlanságának empirikus igazolásának lehetőségéről. Így a híres csillagász, Kutb ad-Din as-Shirazi (XIII-XIV. század) úgy vélte, hogy a Föld mozdulatlansága kísérletekkel igazolható. Másrészt a maragai obszervatórium alapítója, Nasir ad-Din at-Tusi úgy gondolta, hogy ha a Föld forog, akkor ezt a forgást a felszínével szomszédos levegőréteg választja el, és minden, a Föld felszínéhez közeli mozgást. pontosan ugyanúgy történne, mintha a Föld mozdulatlan lenne. Ezt üstökösmegfigyelések segítségével támasztotta alá: Arisztotelész szerint az üstökösök meteorológiai jelenségek a felső légkörben; ennek ellenére a csillagászati ​​megfigyelések azt mutatják, hogy az üstökösök részt vesznek az égi szféra napi forgásában. Következésképpen a levegő felső rétegeit magával ragadja az ég forgása, ezért az alsó rétegeket is magával ragadhatja 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, hiszen az összhangban volt Arisztotelész filozófiájával.

A későbbi idők iszlám tudósainak többsége (al-Urdi, al-Kazvini, an-Naysaburi, al-Dzhurjani, al-Birjandi és mások) egyetértett at-Tusival abban, hogy a forgó és álló Földön minden fizikai jelenség azonos módon. A levegő szerepét azonban ebben az esetben már nem tekintették alapvetőnek: nemcsak a levegőt, hanem minden tárgyat is szállít a forgó Föld. Ezért a Föld mozdulatlanságának igazolására Arisztotelész tanításait is be kell vonni.

Ezekben a vitákban különleges álláspontot képviselt 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 al-Din al-Amili iráni teológus és tudós-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, Albert Szász és Nicholas Orem (14. század második fele) párizsi skolasztikusok. Munkáikban nem az ég, hanem a Föld forgása mellett szól a legfontosabb érv, hogy a Föld kicsiny az Univerzumhoz képest, ami miatt az égbolt napi forgásának az Univerzumhoz való hozzárendelése rendkívül természetellenes.

Mindezek a tudósok azonban végül elutasították a Föld forgását, bár különböző indokok alapján. Így Szász Albert úgy vélte, hogy ez a hipotézis nem képes megmagyarázni a megfigyelt csillagászati ​​jelenségeket. Buridan és Orem joggal nem értett egyet ezzel, miszerint az égi jelenségeknek ugyanúgy kell történniük, függetlenül attól, hogy mi teszi a forgást, a Föld vagy a Kozmosz. Buridan egyetlen jelentős érvet tudott találni a Föld forgása ellen: a függőlegesen felfelé kilőtt nyilak merő vonalon esnek le, bár a Föld forgásával szerinte le kell maradniuk a Föld mozgásától és a lövés pontjától nyugatra.

De Oresme még ezt az érvet is elutasította. 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 magával ragadó szerepe, a valóságban ez nem játszik különösebb szerepet. Ezt a következő analógia szemlélteti:

Hasonlóképpen, ha a levegő zárva lenne egy mozgó hajóban, akkor az ezzel a levegővel körülvett ember számára úgy tűnhet, hogy a levegő nem mozog... Ha egy ember egy nagy sebességgel kelet felé haladó hajóban lenne, és nem tudna róla, ez a mozdulat, és ha karját egyenes vonalban kinyújtja a hajó árboca mentén, úgy tűnt volna neki, hogy a karja egyenes vonalú mozgást végez; 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 ugyanolyannak tűnnek, mint amikor a hajó áll.

Továbbá Orem olyan megfogalmazást ad, amely előrevetíti a relativitás elvét:

Ezért arra a következtetésre jutok, hogy semmilyen tapasztalattal 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:

Azonban eddig mindenki támogatja, és úgy gondolom, hogy az [Ég] és nem a Föld mozog, mert "Isten megteremtette a Föld körét, amely nem fog megrendülni", minden ellentétes 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 Oremben.

Így gyakorlatilag a középkori tudósok közül senki sem fogadta el a Föld forgásának hipotézisét. A keleti és nyugati tudósok által folytatott viták során azonban sok mélyreható gondolat hangzott el, amelyeket azután a New Age tudósai megismételnek.

Reneszánsz és újkor

A 16. század első felében több olyan munka is megjelent, amelyek azt állították, hogy az égbolt napi forgásának oka a Föld tengelye körüli forgása. Az egyik ilyen volt az olasz Celio Calcagnini értekezése "Arról, hogy az ég mozdulatlan, és a Föld forog, vagy a Föld örökmozgásáról" (1525 körül íródott, 1544-ben jelent meg). Nem tett nagy benyomást kortársaira, hiszen ekkorra már megjelent Miklós Kopernikusz lengyel csillagász alapműve „Az égi szférák forgásairól” (1543), ahol a napközbeni forgás hipotézise. A Föld a világ heliocentrikus rendszerének részévé vált, mint Aristarchus Szamosszkij. Kopernikusz korábban egy kis kézzel írt esszében fejtette ki gondolatait. Kis megjegyzés(legkorábban 1515-ben). Kopernikusz főművénél két évvel korábban jelent meg Georg Joachim Rhetik német csillagász munkája. Első elbeszélés(1541), ahol Kopernikusz elméletét népszerűsítik.

A 16. században Kopernikuszt teljes mértékben támogatták Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin csillagászok, Giambatista Benedetti, Simon Stevin fizikusok, Giordano Bruno filozófus, Diego de Zuniga teológus. Egyes tudósok elfogadták a Föld forgását a tengelye körül, és elutasították előrefelé irányuló mozgását. Ez volt az álláspontja Nicholas Reimers német csillagásznak, más néven Ursusnak, valamint Andrea Cesalpino és Francesco Patrici olasz filozófusoknak. Nem teljesen világos William Gilbert kiváló fizikus álláspontja, aki támogatta a Föld tengelyirányú forgását, de nem beszélt transzlációs mozgásáról. A 17. század elején a világ heliocentrikus rendszere (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 Brage és Christopher Clavius ​​csillagászok voltak.

A Föld forgásának hipotézise és a klasszikus mechanika kialakulása

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

Ezzel a hipotézissel szemben az akkori dinamikus elképzeléseken alapuló érvek hangzottak el. Először is ez a zuhanó testek pályáinak függőlegessége. Más érvek is voltak, például a keleti és nyugati irányú tűz azonos hatótávolsága. Arra a kérdésre válaszolva, hogy a napi forgás hatásai nem figyelhetők meg a földi kísérletekben, Kopernikusz ezt írta:

Nemcsak a Föld forog a hozzá kapcsolódó vízelemmel, hanem a levegő jelentős része is, és minden, ami a Földhöz bármilyen módon rokon, vagy a Földhöz már legközelebb eső, szárazföldi és vízi anyagokkal telített levegő, ugyanazokat a természeti törvényeket követi, mint a Föld, vagy mozgásra tett szert, amelyet a szomszédos föld állandó forgásban és minden ellenállás nélkül közöl vele

A Föld forgásának megfigyelhetetlenségében tehát a levegő forgása általi bevonulása játssza a főszerepet. Ezt a véleményt a 16. századi kopernikusziak többsége osztotta.

Az Univerzum végtelenségének támogatói a 16. században Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici is voltak – mindannyian alátámasztották a Föld tengelye körüli forgásának hipotézisét (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.

A Föld forgási vita vallási kontextusa

A Föld forgásával kapcsolatos számos kifogás összefüggésbe hozható a Szentírás szövegével való ellentmondásaival. 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 keletről nyugatra irányuló mozgása az égbolt napi forgásának része. Józsué könyvéből gyakran idéznek egy részt ezzel kapcsolatban:

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

Mivel a megállási parancsot a Nap kapta, és nem a Föld, ebből arra következtettek, hogy a Nap tette a napi mozgást. Más szövegrészeket is idéztek a Föld mozdulatlanságának alátámasztására, mint például:

Szilárd alapokra helyezted a földet, nem fog megrendülni örökkön-örökké.

Ezeket a szakaszokat ellentétesnek tartották mind a Föld tengelye körüli forgásának, mind a Nap körüli forgásának felfogásával.

A Föld forgásának hívei (különösen Giordano Bruno, Johann Kepler és különösen Galileo Galilei) több irányban védekeztek. Először is arra hívták fel a figyelmet, hogy a Biblia hétköznapi ember számára érthető nyelven íródott, és ha szerzői tudományosan egyértelmű megfogalmazásokat adtak volna, nem tudta volna betölteni fő, vallási küldetését. Így Bruno ezt írta:

Sok esetben ostobaság és céltalan az igazság és nem az eset és a kényelem szerint indokolni. 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, felé hajlik. két trópus, a Ráktól délig, a Baktól Aquilóig”, akkor a hallgatók gondolkodni kezdenek: „Hogyan? Azt mondja, hogy a föld mozog? Mi ez a hír? A végén bolondnak tartották volna, és tényleg bolond lett volna.

Az ilyen jellegű válaszok főként a Nap napi mozgásával kapcsolatos kifogásokra érkeztek. Másodszor, megjegyezték, hogy a Biblia egyes szakaszait allegorikusan kell értelmezni (lásd a Bibliai allegorizmus című cikket). Tehát Galilei megjegyezte, hogy ha a Szentírást teljesen szó szerint értelmezzük, akkor kiderül, hogy Istennek kezei vannak, ki van téve érzelmeknek, például haragnak stb. Általában véve a mozgalom tanának védelmezőinek fő gondolata A Földről az volt, hogy a tudománynak és a vallásnak különböző céljai vannak: a tudomány az anyagi világ jelenségeit az ész érveitől vezérelve tekinti, a vallás célja az ember erkölcsi fejlesztése, üdvössége. Galilei ezzel kapcsolatban Baronio bíborost idézte, hogy a Biblia azt tanítja, hogyan kell felmenni a mennybe, nem pedig azt, hogy az egek hogyan keletkeznek.

Ezeket az érveket a katolikus egyház nem tartotta meggyőzőnek, és 1616-ban 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 bukásához járult hozzá.

Hozzá kell tenni, hogy a Föld mozgása elleni vallási érveket nemcsak egyházi vezetők, hanem tudósok is felhozták (például Tycho Brage). 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 Galileihoz közel álló megfontolásokat fogalmazott meg, sőt Diego de Zuniga spanyol teológus még Kopernikusz elméletét 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 inkább a régi (a 17. század elejére már elavult) és az új módszertani elvek konfliktusa. mögöttes tudomány.

A Föld forgásának hipotézisének jelentősége a tudomány fejlődése szempontjából

A forgó Föld elmélete által felvetett tudományos problémák megértése hozzájárult a klasszikus mechanika törvényeinek felfedezéséhez és egy új kozmológia létrehozásához, amely az Univerzum végtelenségén alapul. A folyamat során tárgyalt elmélet és a Biblia literalista olvasata közötti ellentmondás hozzájárult 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 süvít 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, ismerve ennek a mozgásnak az okait és mechanizmusát, észrevettek egy bizonyos általános mintát, és naptárakat kezdtek készíteni. Már akkor is érdekelte az emberiséget az a kérdés, hogy mekkora a Föld Nap körüli keringési sebessége.

A nap napkeltekor kel fel

A Föld mozgása a tengelye körül a Föld napja. Bolygónk csillag körüli ellipszoid pályán való teljes áthaladása pedig egy naptári év.

Ha az Északi-sarkon állunk, és egy képzeletbeli tengelyt rajzolunk a Földön át a Déli-sarkra, akkor kiderül, hogy bolygónk nyugatról keletre mozog. Emlékszel, még az "Igor hadjáratának szava"-ban is azt mondják, hogy "A nap felkel napfelkeltekor"? A kelet mindig előbb találkozik a nap sugaraival, mint a nyugat. Éppen ezért a Távol-Keleten az új év korábban jön, 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, eléri az 1670 km/h sebességet. Közelebb a középső szélességekhez, 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. Könnyebbnek hívjuk - egy nap.

Milyen gyorsan kering a Föld a Nap körül?

350-szer gyorsabb, mint egy versenyautó

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

Még csak elképzelni is nehéz 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 ír az égen. Az emberiség nagyon sokáig így gondolta, amíg a tudósok be nem bizonyították, hogy minden fordítva történik. Ma még egy iskolás fiú 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, ahogyan 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!

szoláris és sziderális év

Egy teljes kört, vagy inkább egy elliptikus 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 arra a kérdésre, hogy "Mekkora a Föld Nap körüli keringésének gyakorisága?" egyszerűen és tömören válaszolunk: „Év”. Ez a mutató változatlan, de valamiért négyévente van egy szökőévünk, amelyben eggyel több nap van.

Csak hát a csillagászok régóta egyetértettek abban, hogy a plusz 5 és fél órát nem minden évben számolják, hanem a csillagászati ​​év számát, a napok többszörösét választották. Így az év 365 napos. De hogy idővel ne legyen hiba, nehogy a természetes ritmusok időben eltolódjanak, négyévente megjelenik egy plusz nap a naptárban februárban. Ezek a negyednapok 4 éven keresztül „összegyűlnek” egy teljes napba – és szökőévet ünnepelünk. Így arra a kérdésre válaszolva, hogy mekkora a Föld Nap körüli keringésének gyakorisága, nyugodtan mondhatjuk, hogy egy év.

A tudományos világban létezik a „napév” és a „csillag (sziderális) év” fogalma. Körülbelül 20 perc a különbség köztük, és ez annak köszönhető, hogy bolygónk gyorsabban kering, mint a Nap, és visszatér a csillagászok által tavaszi napéjegyenlőségként azonosított helyre. A Föld Nap körüli keringésének sebességét már ismerjük, és a Föld Nap körüli keringésének teljes időtartama 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 napon keresztül kering önmaga körül. El tudod képzelni, mennyi mindent tudsz ott csinálni egy nap alatt? És milyen hosszú 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 fokos elfordulást teljesíteni.

A Föld Nap körüli keringési sebessége egy év (365 nap), de a Merkúr mindössze 58,6 földi nap. A Marson, a Földhöz legközelebb eső bolygón egy nap csaknem annyi ideig tart, mint a Földön - 24 és fél óra, de egy év majdnem kétszer annyi - 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. Van egy évezredünk, és a Naprendszer legtávolabbi bolygóján csak négy évünk van.

Itt vannak olyan paradox értékek és számok, amelyek ijesztőek a méretükben.

Titokzatos ellipszis

Ahhoz, hogy megértsük, miért változnak időszakosan az évszakok a Föld bolygón, miért hideg a középső sávunkban, és hideg télen, nem csak arra a kérdésre kell választ adni, hogy milyen gyorsan forog a Föld a Nap körül, és pálya. Azt is meg kell értened, hogyan csinálja.

És ezt nem körben, hanem ellipszisben teszi. Ha megrajzoljuk a Föld pályáját a Nap körül, akkor látni fogjuk, hogy januárban van a legközelebb a világítótesthez, legtávolabb pedig júliusban. A Föld helyzetének legközelebbi pontját a pályán perihéliumnak, a legtávolabbi pontot pedig aphelionnak nevezzük.

Mivel a Föld tengelye nem szigorúan függőleges helyzetben van, hanem körülbelül 23,4 fokkal eltért, és az ellipszoid pályához képest a dőlésszög 66,3 fokra nő, kiderül, hogy a Föld különböző helyzetekben kiteszi a Napot különböző oldalak.

A pálya dőlése miatt a Föld különböző féltekéken fordul a csillag felé, ebből adódik az időjárás változása. Amikor az északi féltekén tombol a tél, a déli féltekén forró nyár virágzik. Hat hónappal később a helyzet pont az ellenkezője fog változni.

Pörögj, földi világító!

A nap forog valami körül? Természetesen! A térben nincsenek teljesen mozdulatlan tárgyak. Az összes bolygó, minden műholdja, minden üstökös és aszteroida úgy forog, mint az óramű. Természetesen a különböző égitesteknek eltérő a forgási sebessége és a tengely dőlésszöge, de mégis mindig mozgásban vannak. És a Nap, amely egy csillag, nem kivétel.

A Naprendszer nem önálló zárt tér. Belép egy hatalmas spirálgalaxisba, a Tejútrendszerbe. Ez viszont 200 milliárddal több csillagot tartalmaz. A Nap körben mozog a galaxis közepe körül. A Nap tengelye és a Tejútrendszer galaxisa körüli forgási sebességét hosszú távú megfigyelések és matematikai képletek segítségével is kiszámították a tudósok.

Ma már vannak ilyen adatok. A Nap 226 millió év alatt fejezi be teljes körkörös mozgását a Tejútrendszer körül. A csillagászatban ezt a számot "galaktikus évnek" nevezik. Sőt, ha a galaxis felszínét laposnak képzeljük el, akkor a világítótestünk kis ingadozásokat hajt végre fel és le, és felváltva a Tejútrendszer északi és déli féltekéjére kerül. Az ilyen ingadozások gyakorisága 30-35 millió év.

A tudósok úgy vélik, hogy a Nap a Galaxis fennállása alatt 30 teljes fordulatot tudott végrehajtani a Tejút körül. Így a Nap eddig mindössze 30 galaktikus évet élt. Legalábbis 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 tette meg.

A test és a gázok különböző sebességgel mozognak

Sok érdekes tényt tudtunk meg. Már ismerjük a Föld Nap körüli forgási sebességét, megtudtuk, mi a csillagászati ​​és galaktikus év, milyen gyorsan mozog a Föld és a Nap a pályáján, és most meg fogjuk határozni, milyen gyorsan forog a Nap a tengely körül. .

A tényt, hogy a Nap forog, az ókori kutatók vették észre. Időnként hasonló foltok jelentek meg rajta, majd eltűntek, ami arra enged következtetni, hogy a tengelye körül forog. De milyen sebességgel? A legmodernebb kutatási módszerekkel rendelkező tudósok nagyon sokáig vitatkoztak erről.

Végül is a világítótestünk nagyon összetett összetételű. A teste szilárd. Belül egy szilárd mag található, amely körül forró folyadékköpeny található. Fölötte kemény kéreg. Mindezek mellett a Nap felszínét forró gáz borítja, amely folyamatosan ég. Ez egy nehéz gáz, amely főleg hidrogénből áll.

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

25 nap és 22 év

A Nap külső héja 27 és fél nap alatt teljes körben forog tengelye körül. A csillagászok ezt a napfoltok megfigyelésével tudták meghatározni. De ez egy átlag. Például az Egyenlítőnél gyorsabban forognak, és 25 nap alatt fordulnak meg a tengely körül. A sarkokon a napfoltok 31-36 napos sebességgel mozognak.

Maga a csillag teste 22,14 év alatt forog tengelye körül. Általánosságban elmondható, hogy a földi élet száz évében a Nap mindössze négy és félszer fordul meg tengelye körül.

Miért tanulmányozzák a tudósok ilyen pontosan csillagunk forgási sebességét?

Mert az evolúció számos kérdésére választ ad. Végül is a Nap csillag az élet forrása minden földi élet számára. Sok kutató szerint a Nap kitörései miatt jelent meg az élet a Földön (252 millió évvel ezelőtt). És a Nap viselkedése miatt haltak meg a dinoszauruszok és más hüllők az ókorban.

Ragyogj ránk fényesen, Nap!

Az emberek folyamatosan azon töprengenek, hogy a Nap kimeríti-e az energiáját, kialszik? Természetesen kialszik – nincs a világon semmi örök. És az ilyen hatalmas csillagok számára megvan a születés, az aktivitás és a bomlás ideje. De eddig 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.