Gibanje okoli osi vrtenja je ena najpogostejših vrst gibanja predmetov v naravi. V tem članku bomo obravnavali to vrsto gibanja z vidika dinamike in kinematike. Podajamo tudi formule, ki se nanašajo na glavne fizikalne količine.

O kakšnem gibanju govorimo?

V dobesednem pomenu bomo govorili o premikanju teles po krogu, torej o njihovem vrtenju. Osupljiv primer takšnega gibanja je vrtenje kolesa avtomobila ali kolesa, medtem ko se vozilo premika. Vrtenje okoli svoje osi umetnostnega drsalca, ki izvaja kompleksne piruete na ledu. Ali pa vrtenje našega planeta okoli Sonca in okoli lastne osi, nagnjene k ravnini ekliptike.

Kot lahko vidite, je pomemben element obravnavane vrste gibanja os vrtenja. Vsaka točka telesa poljubne oblike naredi krožne gibe okoli sebe. Razdalja od točke do osi se imenuje polmer vrtenja. Številne lastnosti celotnega mehanskega sistema so odvisne od njegove vrednosti, na primer vztrajnostni moment, linearna hitrost in drugo.

Če je razlog za linearno translacijsko gibanje teles v prostoru zunanja sila, ki deluje nanje, potem je razlog za gibanje okoli osi vrtenja zunanji moment sile. Ta količina je opisana kot vektorski produkt uporabljene sile F¯ in vektor razdalje od točke njene uporabe do osi r¯, to je:

Delovanje momenta M¯ vodi do pojava kotnega pospeška α¯ v sistemu. Obe količini sta med seboj povezani z določenim koeficientom I z naslednjo enakostjo:

Količina I se imenuje vztrajnostni moment. Odvisno je tako od oblike telesa kot od porazdelitve mase v njem in od razdalje do osi vrtenja. Za materialno točko se izračuna po formuli:

Če je zunanja vrednost nič, potem sistem ohrani kotni moment L¯. To je še ena vektorska količina, ki je po definiciji enaka:

Tukaj je p¯ linearni zagon.

Zakon o ohranitvi zagona L¯ je običajno zapisan v naslednji obliki:

Kjer je ω kotna hitrost. O tem bomo podrobneje razpravljali v članku.

Kinematika vrtenja

Za razliko od dinamike ta veja fizike obravnava izključno praktične pomembne količine, povezane s spremembo položaja teles v prostoru skozi čas. To pomeni, da so predmeti preučevanja kinematike vrtenja hitrosti, pospeški in koti vrtenja.

Najprej predstavimo kotno hitrost. Razume se kot kot, skozi katerega se telo obrne na enoto časa. Formula za trenutno kotno hitrost je:

Če se telo vrti skozi enake kote v enakih časovnih intervalih, se vrtenje imenuje enakomerno. Zanj velja formula za povprečno kotno hitrost:

ω se meri v radianih na sekundo, kar v sistemu SI ustreza recipročnim sekundam (s -1).

V primeru neenakomernega vrtenja se uporablja koncept kotnega pospeška α. Določa hitrost spremembe vrednosti ω v času, to je:

α \u003d dω / dt = d 2 θ / dt 2

α se meri v radianih na kvadratno sekundo (v SI - s -2).

Če se je telo sprva enakomerno vrtelo s hitrostjo ω 0, nato pa je začelo povečevati svojo hitrost s konstantnim pospeškom α, potem lahko takšno gibanje opišemo z naslednjo formulo:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

To enakost dobimo z integracijo enačb kotne hitrosti glede na čas. Formula za θ vam omogoča izračun števila vrtljajev, ki jih bo sistem naredil okoli osi vrtenja v času t.

Linearne in kotne hitrosti

Obe hitrosti sta med seboj povezani. Ko govorimo o hitrosti vrtenja okoli osi, lahko pomenijo tako linearne kot kotne značilnosti.

Recimo, da se neka materialna točka vrti okoli osi na razdalji r s hitrostjo ω. Potem bo njegova linearna hitrost v enaka:

Razlika med linearno in kotno hitrostjo je pomembna. Tako ω ni odvisen od razdalje do osi med enakomernim vrtenjem, medtem ko se vrednost v linearno povečuje z naraščanjem r. Zadnje dejstvo pojasnjuje, zakaj je s povečanjem polmera vrtenja telo težje obdržati na krožni poti (njegova linearna hitrost in posledično se povečajo vztrajnostne sile).

Naloga izračuna hitrosti vrtenja okoli svoje osi Zemlje

Vsi vedo, da naš planet v sončnem sistemu izvaja dve vrsti rotacijskega gibanja:

• okoli svoje osi;
• okoli zvezde.

Izračunajmo hitrosti ω in v za prvo od njih.

Kotne hitrosti ni težko določiti. Če želite to narediti, ne pozabite, da planet naredi popoln obrat, enak 2 * pi radianom v 24 urah (točna vrednost je 23 ur 56 minut 4,1 sekunde). Potem bo vrednost ω enaka:

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

Izračunana vrednost je majhna. Pokažimo zdaj, koliko se absolutna vrednost ω razlikuje od vrednosti v.

Izračunajmo linearno hitrost v za točke, ki ležijo na površini planeta na zemljepisni širini ekvatorja. Ker je Zemlja sploščena krogla, je ekvatorialni polmer nekoliko večji od polarnega. Dolžina je 6378 km. S formulo za povezavo dveh hitrosti dobimo:

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

Nastala hitrost je 1670 km/h, kar je večje od hitrosti zvoka v zraku (1235 km/h).

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi vodi do pojava tako imenovane Coriolisove sile, ki jo je treba upoštevati pri letenju balističnih raket. Je tudi vzrok za številne atmosferske pojave, kot je na primer odstopanje smeri pasata proti zahodu.

Zemlja je nenehno v gibanju, vrti se okoli sonca in okoli svoje osi. To gibanje in stalen nagib zemeljske osi (23,5°) določata številne učinke, ki jih opazimo kot običajne pojave: noč in dan (zaradi vrtenja Zemlje okoli svoje osi), spremembo letnih časov (zaradi nagib Zemljine osi) in različno podnebje na različnih območjih. Globusi se lahko vrtijo in njihova os ima naklon kot zemeljska os (23,5 °), zato lahko s pomočjo globusa precej natančno sledite gibanju Zemlje okoli svoje osi in s pomočjo "Zemlja - Sonce" " sistem lahko sledite gibanju Zemlje okoli Sonca.

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi

Zemlja se vrti na svoji osi od zahoda proti vzhodu (v nasprotni smeri urnega kazalca, gledano s severnega tečaja). Zemlja potrebuje 23 ur, 56 minut in 4,09 sekunde, da opravi en popoln obrat na lastni osi. Dan in noč sta posledica vrtenja zemlje. Kotna hitrost vrtenja Zemlje okoli svoje osi ali kot, za katerega se katera koli točka na zemeljskem površju obrne, je enaka. V eni uri je 15 stopinj. Toda linearna hitrost vrtenja kjer koli na ekvatorju je približno 1669 kilometrov na uro (464 m/s), pri polih pa se zmanjša na nič. Na primer, hitrost vrtenja na zemljepisni širini 30° je 1445 km/h (400 m/s).
Vrtenja Zemlje ne opazimo iz preprostega razloga, ker se vsi predmeti okoli nas gibljejo vzporedno in hkrati z nami z enako hitrostjo in ni "relativnih" premikov predmetov okoli nas. Če se na primer ladja v mirnem vremenu premika po morju enakomerno, brez pospeševanja in upočasnjevanja, brez valov na vodni gladini, sploh ne bomo čutili, kako se taka ladja giblje, če smo v kabini brez lučke. , saj se bodo vsi predmeti v kabini premikali vzporedno z nami in ladjo.

Gibanje Zemlje okoli Sonca

Medtem ko se Zemlja vrti okoli svoje osi, se vrti tudi okoli Sonca od zahoda proti vzhodu v nasprotni smeri urinega kazalca, gledano s severnega pola. Zemlja potrebuje eno siderično leto (približno 365,2564 dni), da opravi en popoln obrat okoli Sonca. Pot Zemlje okoli Sonca se imenuje Zemljina orbita. in ta orbita ni popolnoma okrogla. Povprečna razdalja od Zemlje do Sonca je približno 150 milijonov kilometrov, ta razdalja pa se spreminja do 5 milijonov kilometrov in tvori majhno ovalno orbito (elipso). Točka v Zemljini orbiti, ki je najbližja Soncu, se imenuje perihelij. Zemlja to točko preide v začetku januarja. Točka v Zemljini orbiti, ki je najbolj oddaljena od Sonca, se imenuje Afelion. Zemlja to točko preide v začetku julija.
Ker se naša Zemlja giblje okoli Sonca po eliptični poti, se orbitalna hitrost spreminja. Julija je hitrost minimalna (29,27 km/s) in po prehodu afelija (zgornja rdeča pika v animaciji) se začne pospeševati, januarja pa je hitrost največja (30,27 km/s) in se po prehodu začne umirjati perihel (spodnja rdeča pika). ).
Medtem ko Zemlja naredi en obrat okoli Sonca, prevozi razdaljo, ki je enaka 942 milijonom kilometrov v 365 dneh, 6 urah, 9 minutah in 9,5 sekunde, torej hitimo skupaj z Zemljo okoli Sonca s povprečno hitrostjo 30 km na sekundo (ali 107 460 km na uro), hkrati pa se Zemlja enkrat (365-krat na leto) zavrti okoli svoje osi v 24 urah.
Pravzaprav, če upoštevamo gibanje Zemlje bolj natančno, potem je veliko bolj zapleteno, saj na Zemljo vplivajo različni dejavniki: vrtenje Lune okoli Zemlje, privlačnost drugih planetov in zvezd.

Naš planet je nenehno v gibanju:

• vrtenje okoli lastne osi, gibanje okoli Sonca;
• vrtenje skupaj s Soncem okoli središča naše galaksije;
• gibanje glede na središče Lokalne skupine galaksij in drugo.

Gibanje Zemlje okoli lastne osi

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi(slika 1). Za zemeljsko os se vzame namišljena črta, okoli katere se vrti. Ta os je od pravokotnika na ravnino ekliptike odmaknjena za 23 ° 27 ". Zemljina os seka z zemeljskim površjem v dveh točkah - polu - severni in južni. Ko gledamo s severnega tečaja, pride do vrtenja Zemlje v nasprotni smeri urinega kazalca ali, kot se običajno verjame, z zahoda proti vzhodu. Planet naredi popolno rotacijo okoli svoje osi v enem dnevu.

riž. 1. Vrtenje Zemlje okoli svoje osi

Dan je enota časa. Ločeni zvezdni in sončni dnevi.

zvezdni dan je čas, v katerem se Zemlja vrti okoli svoje osi glede na zvezde. Enaka sta 23 ur 56 minut 4 sekunde.

sončni dan je čas, potreben, da se Zemlja vrti okoli svoje osi glede na sonce.

Kot vrtenja našega planeta okoli svoje osi je enak na vseh zemljepisnih širinah. V eni uri se vsaka točka na Zemljini površini premakne za 15° od svojega prvotnega položaja. Toda hkrati je hitrost gibanja obratno sorazmerna z geografsko širino: na ekvatorju je 464 m / s, na zemljepisni širini 65 ° pa le 195 m / s.

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi leta 1851 je v svojem poskusu dokazal J. Foucault. V Parizu v Panteonu je bilo pod kupolo obešeno nihalo, pod njim pa krog z delitvami. Z vsakim naslednjim gibanjem se je izkazalo, da je nihalo na novih delitvah. To se lahko zgodi le, če se površina Zemlje pod nihalom vrti. Položaj ravnine nihanja nihala na ekvatorju se ne spremeni, ker ravnina sovpada s poldnevnikom. Osno vrtenje Zemlje ima pomembne geografske posledice.

Ko se Zemlja vrti, nastane centrifugalna sila, ki igra pomembno vlogo pri oblikovanju oblike planeta in zmanjšuje gravitacijsko silo.

Druga najpomembnejša posledica aksialne rotacije je nastanek obračalne sile - Coriolisove sile. V 19. stoletju prvi ga je izračunal francoski znanstvenik s področja mehanike G. Coriolis (1792-1843). To je ena od vztrajnostnih sil, uvedenih za upoštevanje vpliva vrtenja premikajočega se referenčnega okvira na relativno gibanje materialne točke. Njegov učinek lahko na kratko izrazimo takole: vsako gibajoče se telo na severni polobli odstopa v desno, na južni - v levo. Na ekvatorju je Coriolisova sila nič (slika 3).

riž. 3. Delovanje Coriolisove sile

Delovanje Coriolisove sile sega na številne pojave geografskega ovoja. Njegov odklonski učinek je še posebej opazen v smeri gibanja zračnih mas. Pod vplivom odklonske sile Zemljine rotacije vetrovi zmernih zemljepisnih širin obeh polobl vzamejo pretežno zahodno smer, v tropskih zemljepisnih širinah pa vzhodno. Podobno manifestacijo Coriolisove sile najdemo v smeri gibanja oceanskih voda. S to silo je povezana tudi asimetrija rečnih dolin (desni breg je običajno visok na severni polobli, na južni - levi).

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi vodi tudi v gibanje sončne svetlobe po zemeljskem površju od vzhoda proti zahodu, torej do menjave dneva in noči.

Menjava dneva in noči ustvarja dnevni ritem v živi in ​​neživi naravi. Dnevni ritem je tesno povezan s svetlobnimi in temperaturnimi razmerami. Poznan je dnevni potek temperature, dnevni in nočni vetrič itd. Dnevni ritmi se pojavljajo tudi v divjih živalih - fotosinteza je možna le podnevi, večina rastlin odpira cvetove ob različnih urah; Nekatere živali so aktivne podnevi, druge ponoči. Tudi človeško življenje teče v dnevnem ritmu.

Druga posledica vrtenja Zemlje okoli svoje osi je razlika v času na različnih točkah našega planeta.

Od leta 1884 je bil sprejet pasovni časovni račun, to pomeni, da je bila celotna površina Zemlje razdeljena na 24 časovnih pasov po 15 °. Zadaj standardni čas vzemite lokalni čas srednjega poldnevnika vsakega pasu. Sosednji časovni pasovi se razlikujejo za eno uro. Meje pasov so narisane ob upoštevanju političnih, upravnih in gospodarskih meja.

Ničelni pas je Greenwich (po imenu Greenwich Observatory blizu Londona), ki poteka na obeh straneh ničelnega poldnevnika. Upošteva se čas ničelnega ali začetnega poldnevnika svetovni čas.

Meridian 180° sprejet kot mednarodni vrstica za merjenje datuma- pogojna črta na površini globusa, na obeh straneh katere ure in minute sovpadajo, koledarski datumi pa se razlikujejo za en dan.

Za bolj racionalno rabo dnevne svetlobe poleti leta 1930 je naša država uvedla porodniški čas, eno uro pred cono. Za to so kazalci na uri premaknili za eno uro naprej. V zvezi s tem Moskva, ki je v drugem časovnem pasu, živi v skladu s časom tretjega časovnega pasu.

Od leta 1981, med aprilom in oktobrom, se čas premakne za eno uro naprej. Ta t.i poletni čas. Uveden je za varčevanje z energijo. Poleti je Moskva dve uri pred standardnim časom.

Časovni pas, v katerem se nahaja Moskva, je Moskva.

Gibanje Zemlje okoli Sonca

Z vrtenjem okoli svoje osi se Zemlja istočasno giblje okoli Sonca in obkroži krog v 365 dneh 5 ur 48 minut 46 sekund. To obdobje se imenuje astronomsko leto. Za udobje velja, da je v letu 365 dni in vsaka štiri leta, ko se 24 ur od šestih ur "nabere", ni 365, ampak 366 dni v letu. Letošnje leto se imenuje prestopno leto, februarju pa se doda en dan.

Pot v vesolju, po kateri se Zemlja giblje okoli Sonca, se imenuje orbita(slika 4). Zemljina orbita je eliptična, zato razdalja od Zemlje do Sonca ni konstantna. Ko je zemlja notri perihelij(iz grščine. peri- blizu, okoli in helios- Sonce) - najbližja točka orbite Soncu - 3. januarja je razdalja 147 milijonov km. Na severni polobli je v tem času zima. Najbolj oddaljena razdalja od Sonca v afelija(iz grščine. aro- stran od in helios- Sonce) - največja oddaljenost od Sonca - 5. julij. Enaka je 152 milijonov km. V tem času je na severni polobli poletje.

riž. 4. Gibanje Zemlje okoli Sonca

Letno gibanje Zemlje okoli Sonca opazujemo po nenehnem spreminjanju položaja Sonca na nebu – opoldnevna višina Sonca in spreminjanje položaja njegovega sončnega vzhoda in zahoda, trajanje svetlih in temnih delov dan se spremeni.

Pri premikanju po orbiti se smer zemeljske osi ne spreminja, vedno je usmerjena proti zvezdi Severnici.

Zaradi spremembe razdalje od Zemlje do Sonca, pa tudi zaradi naklona zemeljske osi na ravnino njenega gibanja okoli Sonca, se na Zemlji med letom opazi neenakomerna porazdelitev sončnega sevanja. . Tako se spreminjajo letni časi, kar je značilno za vse planete, ki imajo naklon osi vrtenja do ravnine svoje orbite. (ekliptika) drugačen od 90°. Orbitalna hitrost planeta na severni polobli je višja pozimi in nižja poleti. Zato zimsko polletje traja 179, poletno pa 186 dni.

Zaradi gibanja Zemlje okoli Sonca in naklona zemeljske osi do ravnine njene orbite za 66,5 ° na našem planetu opazimo ne le spremembo letnih časov, temveč tudi spremembo dolžine dneva. in noč.

Vrtenje Zemlje okoli Sonca in sprememba letnih časov na Zemlji sta prikazana na sl. 81 (enakonočji in solsticiji glede na letne čase na severni polobli).

Le dvakrat na leto - ob dnevih enakonočja je dolžina dneva in noči na celotni Zemlji skoraj enaka.

enakonočje- trenutek, ko središče Sonca med svojim navideznim letnim gibanjem vzdolž ekliptike prečka nebesni ekvator. Obstajajo spomladansko in jesensko enakonočje.

Naklon Zemljine osi vrtenja okoli Sonca ob enakonočjih 20.-21. marca in 22.-23. septembra je nevtralen glede na Sonce, deli planeta, ki so obrnjeni proti njej, pa so enakomerno osvetljeni od pola do pola (sl. 5). Sončni žarki padajo navpično na ekvator.

Najdaljši dan in najkrajša noč se zgodita na poletni solsticij.

riž. 5. Osvetlitev Zemlje s Soncem na dneve enakonočja

solsticij- trenutek prehoda skozi središče Sonca točk ekliptike, najbolj oddaljenih od ekvatorja (točke solsticija). Obstajata poletni in zimski solsticij.

Na dan poletnega solsticija 21.-22. junija Zemlja zavzame položaj, v katerem je severni konec njene osi nagnjen proti Soncu. In žarki padajo navpično ne na ekvator, ampak na severni trop, katerega širina je 23 ° 27 "Ves dan in noč niso osvetljena le polarna območja, temveč tudi prostor za njimi do zemljepisne širine 66 ° 33" ( Polarni krog). Na južni polobli se v tem času izkaže, da je osvetljen le tisti njen del, ki leži med ekvatorjem in južnim polarnim krogom (66 ° 33 "). Onkraj nje na ta dan zemeljska površina ni osvetljena.

Na dan zimskega solsticija 21.-22. decembra se vse zgodi obratno (slika 6). Sončni žarki že padajo v južni tropski kraj. Na južni polobli so osvetljena območja, ki ne ležijo le med ekvatorjem in tropom, ampak tudi okoli južnega tečaja. To stanje se nadaljuje do spomladanskega enakonočja.

riž. 6. Osvetlitev Zemlje na dan zimskega solsticija

Na dveh vzporednicah Zemlje v dneh solsticija je Sonce opoldne neposredno nad glavo opazovalca, torej v zenitu. Takšne vzporednice se imenujejo tropih. Na severnem tropiku (23° S) je Sonce 22. junija v zenitu, na južnem tropiku (23° S) 22. decembra.

Na ekvatorju je dan vedno enak noči. Vpadni kot sončnih žarkov na zemeljsko površino in dolžina dneva se tam malo spreminjata, zato menjava letnih časov ni izražena.

arktični krogi izjemni po tem, da so meje območij, kjer so polarni dnevi in ​​noči.

polarni dan- obdobje, ko sonce ne pade pod obzorje. Dlje kot je od polarnega kroga blizu pola, daljši je polarni dan. Na zemljepisni širini polarnega kroga (66,5°) traja le en dan, na polu pa 189 dni. Na severni polobli na zemljepisni širini polarnega kroga se polarni dan opazuje 22. junija - dan poletnega solsticija, na južni polobli na zemljepisni širini južnega arktičnega kroga - 22. decembra.

polarna noč traja od enega dneva na zemljepisni širini polarnega kroga do 176 dni na polih. V polarni noči se Sonce ne pojavi nad obzorjem. Na severni polobli, na zemljepisni širini polarnega kroga, ta pojav opazimo 22. decembra.

Nemogoče je ne opaziti tako čudovitega naravnega pojava, kot so bele noči. Bele noči- to so svetle noči na začetku poletja, ko se večerna zora zbliža z jutranjo zarjo in somrak traja vso noč. Opazimo jih na obeh poloblih na zemljepisnih širinah, ki presegajo 60°, ko središče Sonca ob polnoči pade pod obzorje za največ 7°. V Sankt Peterburgu (približno 60°N) bele noči trajajo od 11. junija do 2. julija, v Arkhangelsku (64°N) od 13. maja do 30. julija.

Sezonski ritem v povezavi z letnim gibanjem vpliva predvsem na osvetlitev zemeljskega površja. Glede na spremembo višine Sonca nad obzorjem na Zemlji jih je pet svetlobni pasovi. Vroči pas leži med severnimi in južnimi tropi (tropika Raka in Tropika Kozoroga), zavzema 40% zemeljske površine in ga odlikuje največja količina toplote, ki prihaja iz Sonca. Med tropskimi in polarnimi krogi na južni in severni polobli so območja zmerne osvetlitve. Tu so že izraženi letni časi: dlje kot je od tropov, krajše in hladnejše je poletje, daljša in hladnejša je zima. Polarni pasovi na severni in južni polobli so omejeni z polarnimi krogi. Tukaj je višina Sonca nad obzorjem med letom nizka, zato je količina sončne toplote minimalna. Za polarne cone so značilni polarni dnevi in ​​noči.

Od letnega gibanja Zemlje okoli Sonca ni odvisna le menjava letnih časov in s tem povezana neenakomerna osvetlitev zemeljskega površja po širinah, temveč tudi pomemben del procesov v geografskem ovoju: sezonske vremenske spremembe, režim reke in jezera, ritem v življenju rastlin in živali, vrste in pogoji kmetijskega dela.

Koledar.Koledar- sistem za izračun dolgih časovnih obdobij. Ta sistem temelji na periodičnih naravnih pojavih, povezanih s gibanjem nebesnih teles. Koledar uporablja astronomske pojave - spremembo letnih časov, dneva in noči, spremembo luninih faz. Prvi koledar je bil egipčanski, nastal v 4. stoletju. pr e. Julij Cezar je 1. januarja 45 uvedel julijanski koledar, ki ga še vedno uporablja Ruska pravoslavna cerkev. Zaradi dejstva, da je julijansko leto daljše od astronomskega za 11 minut 14 sekund, do 16. stoletja. nabrala se je "napaka" 10 dni - dan pomladnega enakonočja ni prišel 21. marca, ampak 11. marca. To napako je leta 1582 popravil z dekretom papež Gregor XIII. Štetje dni je bilo premaknjeno za 10 dni naprej, dan po 4. oktobru pa je bil predpisan petek, vendar ne 5. oktober, ampak 15. oktober. Spomladansko enakonočje so spet vrnili na 21. marec, koledar pa je postal znan kot gregorijanski. V Rusiji je bil uveden leta 1918. Vendar pa ima tudi številne pomanjkljivosti: neenakomerna dolžina mesecev (28, 29, 30, 31 dni), neenakost četrtletja (90, 91, 92 dni), neskladnost števila mesecev. po dnevih v tednu.

V = (R e R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\desno)\omega ), kje R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - ekvatorialni polmer, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - polarni polmer.

• Letalo, ki leti s to hitrostjo od vzhoda proti zahodu (na višini 12 km: 936 km / h na zemljepisni širini Moskve, 837 km / h na zemljepisni širini Sankt Peterburga), bo mirovalo v inercialnem referenčnem sistemu .
• Superpozicija vrtenja Zemlje okoli svoje osi z obdobjem enega sideričnega dne in okoli Sonca z obdobjem enega leta vodi do neenakosti sončnih in sideričnih dni: dolžina povprečnega sončnega dneva je natanko 24 ur, kar je 3 minute 56 sekund daljše od zvezdnega dneva.

Fizični pomen in eksperimentalna potrditev

Fizični pomen vrtenja Zemlje okoli svoje osi

Ker je vsako gibanje relativno, je treba navesti določen referenčni okvir, glede na katerega se preučuje gibanje enega ali drugega telesa. Ko pravijo, da se Zemlja vrti okoli namišljene osi, to pomeni, da izvaja rotacijsko gibanje glede na kateri koli inercialni referenčni okvir, obdobje te rotacije pa je enako sideralnim dnevom - obdobje popolne revolucije Zemlje (nebesno krogla) glede na nebesno kroglo (Zemlja).

Vsi eksperimentalni dokazi o vrtenju Zemlje okoli svoje osi so reducirani na dokaz, da je referenčni okvir, povezan z Zemljo, neinercialni referenčni okvir posebne vrste - referenčni okvir, ki izvaja rotacijsko gibanje glede na inercialne okvire referenca.

Za razliko od inercialnega gibanja (to je enakomernega premočrtnega gibanja glede na inercialne referenčne okvire) za odkrivanje neinercialnega gibanja zaprtega laboratorija ni treba opazovati zunanjih teles - takšno gibanje zaznamo z lokalnimi poskusi (tj. , poskusi, izvedeni v tem laboratoriju). V tem pomenu besede lahko neinercialno gibanje, vključno z vrtenjem Zemlje okoli svoje osi, imenujemo absolutno.

Sile vztrajnosti

Učinki centrifugalne sile

Odvisnost pospeška prostega padca od geografske širine. Poskusi kažejo, da je pospešek prostega padca odvisen od geografske širine: bližje kot je polu, večji je. To je posledica delovanja centrifugalne sile. Prvič, točke na zemeljskem površju, ki se nahajajo na višjih zemljepisnih širinah, so bližje osi vrtenja in zato, ko se približujejo polu, razdalja r (\displaystyle r) pada od osi vrtenja in doseže nič na polu. Drugič, s povečanjem zemljepisne širine se kot med vektorjem centrifugalne sile in ravnino obzorja zmanjša, kar vodi do zmanjšanja navpične komponente centrifugalne sile.

Ta pojav so odkrili leta 1672, ko je francoski astronom Jean Richet med odpravo v Afriko odkril, da nihalne ure blizu ekvatorja tečejo počasneje kot v Parizu. Newton je to kmalu pojasnil z besedami, da je obdobje nihala obratno sorazmerno s kvadratnim korenom pospeška zaradi gravitacije, ki se na ekvatorju zmanjša zaradi centrifugalne sile.

Zravnanje Zemlje. Vpliv centrifugalne sile vodi do sploščenosti Zemlje na polih. Ta pojav, ki sta ga napovedala Huygens in Newton ob koncu 17. stoletja, je prvi odkril Pierre de Maupertuis v poznih 1730-ih kot rezultat obdelave podatkov dveh francoskih odprav, posebej opremljenih za reševanje tega problema v Peruju (voditelj Pierre Bouguer in Charles de la Condamine) in Laponsko (vodita Alexis Clero in sam Maupertuis).

Učinki Coriolisove sile: laboratorijski poskusi

Ta učinek bi se moral najbolj jasno izraziti na polih, kjer je obdobje popolne rotacije ravnine nihala enaka obdobju vrtenja Zemlje okoli svoje osi (siderični dnevi). V splošnem primeru je obdobje obratno sorazmerno s sinusom geografske širine, na ekvatorju je ravnina nihanja nihala nespremenjena.

Žiroskop- vrteče se telo s pomembnim vztrajnostnim momentom obdrži kotni moment, če ni močnih motenj. Foucault, ki je bil naveličan razlagati, kaj se je zgodilo s Foucaultovim nihalom, ki ni na polu, je razvil še eno demonstracijo: viseči žiroskop je ohranil svojo orientacijo, kar pomeni, da se je počasi vrtel glede na opazovalca.

Odklon izstrelkov med streljanjem s pištolo. Druga opazna manifestacija Coriolisove sile je odklon poti izstrelkov (v desno na severni polobli, v levo na južni polobli), izstreljenih v vodoravni smeri. Z vidika inercialnega referenčnega sistema je za izstrelke, izstreljene vzdolž poldnevnika, to posledica odvisnosti linearne hitrosti Zemljine rotacije od geografske zemljepisne širine: pri premikanju od ekvatorja do pola izstrelek zadrži vodoravno komponenta hitrosti nespremenjena, medtem ko se linearna hitrost vrtenja točk na zemeljskem površju zmanjša, kar vodi v premik izstrelka iz poldnevnika v smeri vrtenja Zemlje. Če je bil strel izstreljen vzporedno z ekvatorjem, potem je premik izstrelka od vzporednice posledica dejstva, da je trajektorija izstrelka v isti ravnini s središčem Zemlje, medtem ko se točke na zemeljskem površju premikajo v ravnina, pravokotna na os vrtenja Zemlje. Ta učinek (za primer streljanja vzdolž poldnevnika) je Grimaldi napovedal v 40. letih 17. stoletja. in ga je prvič objavil Riccioli leta 1651.

Odmik prosto padajočih teles od navpičnice. ( ) Če ima hitrost telesa veliko navpično komponento, je Coriolisova sila usmerjena proti vzhodu, kar vodi do ustreznega odklona poti telesa, ki prosto pada (brez začetne hitrosti) z visokega stolpa. Če ga obravnavamo v inercialnem referenčnem sistemu, je učinek razložen z dejstvom, da se vrh stolpa glede na središče Zemlje premika hitreje od osnove, zaradi česar se pot telesa izkaže za ozko parabolo telo pa je nekoliko pred dnom stolpa.

Eötvös učinek. Na nizkih zemljepisnih širinah je Coriolisova sila pri gibanju vzdolž zemeljske površine usmerjena v navpični smeri in njeno delovanje vodi do povečanja ali zmanjšanja pospeška prostega pada, odvisno od tega, ali se telo premika proti zahodu ali vzhodu. Ta učinek se imenuje Eötvösov učinek v čast madžarskega fizika Loranda Åtvösa, ki ga je eksperimentalno odkril na začetku 20. stoletja.

Poskusi z uporabo zakona o ohranitvi kotne količine. Nekateri poskusi temeljijo na zakonu ohranjanja gibalne količine: v inercialnem referenčnem sistemu se vrednost zagona (enaka zmnožku gibalne količine/vztrajnosti pomnožena s kotno hitrostjo vrtenja) ne spremeni pod delovanjem notranjih sil. Če je naprava v nekem začetnem trenutku negibna glede na Zemljo, potem je hitrost njenega vrtenja glede na inercialni referenčni okvir enaka kotni hitrosti vrtenja Zemlje. Če spremenite vztrajnostni moment sistema, se mora spremeniti kotna hitrost njegovega vrtenja, to pomeni, da se bo začelo vrtenje glede na Zemljo. V neinercialnem referenčnem sistemu, povezanem z Zemljo, se vrtenje pojavi kot posledica delovanja Coriolisove sile. To idejo je leta 1851 predlagal francoski znanstvenik Louis Poinsot.

Prvi tak poskus je Hagen izvedel leta 1910: dve uteži na gladko prečko sta bili nameščeni negibno glede na zemeljsko površino. Nato se je razdalja med obremenitvami zmanjšala. Posledično se je namestitev začela vrteti. Še bolj nazoren poskus je opravil nemški znanstvenik Hans Bucka leta 1949. Palico, dolgo približno 1,5 metra, so namestili pravokotno na pravokoten okvir. Sprva je bila palica vodoravna, namestitev je bila nepremična glede na Zemljo. Nato je bila palica postavljena v navpični položaj, kar je povzročilo spremembo vztrajnostnega momenta naprave za približno 10 4-krat in njeno hitro vrtenje s kotno hitrostjo 10 4-krat večjo od hitrosti vrtenja Zemlje.

Lijak v kopeli.

Ker je Coriolisova sila zelo šibka, ima zanemarljiv vpliv na smer vrtinčenja vode pri odvajanju v umivalnik ali kad, zato na splošno smer vrtenja v lijaku ni povezana z vrtenjem Zemlje. Le v skrbno nadzorovanih poskusih je mogoče ločiti učinek Coriolisove sile od drugih dejavnikov: na severni polobli se bo lijak zasukal v nasprotni smeri urinega kazalca, na južni polobli - obratno.

Učinki Coriolisove sile: pojavi v okolju

Optični poskusi

Številni poskusi, ki dokazujejo vrtenje Zemlje, temeljijo na učinku Sagnac: če se obročni interferometer vrti, se zaradi relativističnih učinkov pojavi fazna razlika v prihajajočih žarkih.

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

kje A (\displaystyle A)- območje projekcije obroča na ekvatorialno ravnino (ravnina, pravokotna na os vrtenja), c (\displaystyle c)- svetlobna hitrost, ω (\displaystyle \omega)- kotna hitrost vrtenja. Za prikaz vrtenja Zemlje je ta učinek uporabil ameriški fizik Michelson v seriji poskusov, izvedenih v letih 1923-1925. V sodobnih poskusih z uporabo Sagnacovega učinka je treba za umerjanje obročastih interferometrov upoštevati vrtenje Zemlje.

Obstajajo številni drugi eksperimentalni prikazi dnevne rotacije Zemlje.

Neenakomerno vrtenje

Precesija in nutacija

Zgodovina ideje o dnevnem vrtenju Zemlje

Antika

Razlago dnevnega vrtenja neba z vrtenjem Zemlje okoli svoje osi so prvi predlagali predstavniki pitagorejske šole, Sirakužani Hicket in Ekfant. Po nekaterih rekonstrukcijah je tudi pitagorejski Filolej iz Krotona (5. stoletje pr.n.št.) trdil, da se Zemlja vrti. Izjava, ki jo je mogoče razlagati kot navedbo vrtenja Zemlje, vsebuje Platonov dialog Timej .

Vendar o Giketi in Ekfantu ni znanega skoraj nič, včasih pa se postavlja pod vprašaj celo njihov obstoj. Po mnenju večine znanstvenikov se Zemlja v sistemu Philolausovega sveta ni vrtela, temveč se premikala naprej okoli osrednjega ognja. V svojih drugih spisih Platon sledi tradicionalnemu pogledu na nepremičnost Zemlje. Vendar pa so do nas prišli številni dokazi, da je idejo o vrtenju Zemlje zagovarjal filozof Heraklid Pont (4. stoletje pr.n.št.). Verjetno je še ena Heraklidova predpostavka povezana s hipotezo o vrtenju Zemlje okoli svoje osi: vsaka zvezda je svet, ki vključuje zemljo, zrak, eter in vse to se nahaja v neskončnem prostoru. Dejansko, če je dnevna rotacija neba odraz vrtenja Zemlje, potem izgine predpostavka, da se zvezde obravnavajo kot na isti krogli.

Približno stoletje pozneje je predpostavka o vrtenju Zemlje postala sestavni del prve, ki jo je predlagal veliki astronom Aristarh iz Samosa (3. stoletje pr.n.št.). Aristarha so podpirali babilonski Selevk (II. stoletje pr.n.št.), pa tudi Heraklid Pontski, ki je menil, da je vesolje neskončno. Dejstvo, da je ideja o dnevnem vrtenju Zemlje imela svoje podpornike že v 1. stoletju našega štetja. e., pričajo nekatere izjave filozofov Seneke, Derkilida, astronoma Klavdija Ptolemeja. Velika večina astronomov in filozofov pa ni dvomila o nepremičnosti Zemlje.

Argumente proti ideji o gibanju Zemlje najdemo v delih Aristotela in Ptolemeja. Torej, v svoji razpravi O nebesih Aristotel utemeljuje negibljivost Zemlje s tem, da na vrteči se Zemlji telesa, vržena navpično navzgor, ne bi mogla pasti do točke, od koder se je začelo njihovo gibanje: pod vrženim telesom bi se premaknila površina Zemlje. Drugi argument v prid nepremičnosti Zemlje, ki ga je navedel Aristotel, temelji na njegovi fizični teoriji: Zemlja je težko telo, težka telesa pa se težijo k gibanju proti središču sveta in ne vrtijo okoli njega.

Iz Ptolemejevega dela izhaja, da so zagovorniki hipoteze o vrtenju Zemlje na te argumente odgovorili, da se zrak in vsi zemeljski objekti gibljejo skupaj z Zemljo. Očitno je vloga zraka pri tem sklepanju bistveno pomembna, saj se razume, da je ravno njegovo gibanje skupaj z Zemljo tisto, kar skriva vrtenje našega planeta. Ptolemej temu nasprotuje s tem

telesa v zraku se bodo vedno zdela zaostajala ... In če bi se telesa vrtela skupaj z zrakom kot celoto, potem se zdi, da nobeno od njih ne bi bilo pred drugim ali zaostajalo za njim, ampak bi ostalo na mestu, v letu in metanje ne bi povzročilo odstopanj ali premikov na drug kraj, kot jih vidimo z lastnimi očmi, in se sploh ne bi upočasnili ali pospešili, ker Zemlja ne miruje.

Srednja leta

Indija

Prvi od srednjeveških avtorjev, ki je predlagal, da se Zemlja vrti okoli svoje osi, je bil veliki indijski astronom in matematik Aryabhata (konec V - začetek VI stoletja). Formulira ga na več mestih v svoji razpravi. Ariabhatia, Na primer:

Tako kot oseba na ladji, ki se premika naprej, vidi nepremične predmete, ki se premikajo nazaj, tako opazovalec ... vidi nepremične zvezde, ki se premikajo v ravni črti proti zahodu.

Ni znano, ali ta ideja pripada samemu Aryabhati ali pa si jo je sposodil od starogrških astronomov.

Aryabhata je podpiral le en astronom, Prthudaka (9. stoletje). Večina indijskih znanstvenikov je zagovarjala nepremičnost Zemlje. Tako je astronom Varahamihira (6. stoletje) trdil, da se na vrteči se Zemlji ptice, ki letijo v zraku, ne morejo vrniti v svoja gnezda, kamni in drevesa pa bi odleteli z zemeljskega površja. Tudi ugledni astronom Brahmagupta (6. stoletje) je ponovil staro trditev, da se lahko telo, ki je padlo z visoke gore, potopi na njeno vznožje. Hkrati pa je zavrnil enega od Varahamihirinih argumentov: po njegovem mnenju, tudi če bi se Zemlja vrtela, se predmeti zaradi svoje gravitacije ne bi mogli odtrgati od nje.

islamski vzhod

Številni znanstveniki muslimanskega vzhoda so razmišljali o možnosti vrtenja Zemlje. Tako je slavni geometer al-Sijizi izumil astrolab, katerega princip delovanja temelji na tej predpostavki. Nekateri islamski učenjaki (čigar imena niso prišla do nas) so celo našli pravi način, da ovržejo glavni argument proti vrtenju Zemlje: navpičnost poti padajočih teles. V bistvu je bilo hkrati navedeno načelo superpozicije gibov, po katerem je vsako gibanje mogoče razstaviti na dve ali več komponent: glede na površino vrteče se Zemlje se padajoče telo giblje po navpični črti, nanjo pa bi se prenesla točka, ki je projekcija te črte na Zemljino površino.rotacija. To dokazuje slavni znanstvenik-enciklopedist al-Biruni, ki pa je bil sam nagnjen k nepremičnosti Zemlje. Po njegovem mnenju, če na padajoče telo deluje kakšna dodatna sila, bo rezultat njenega delovanja na vrtečo se Zemljo povzročil nekaj učinkov, ki jih dejansko ne opazimo.

Med znanstveniki XIII-XVI stoletja, povezanimi z opazovalnicama Maraga in Samarkand, se je razvila razprava o možnosti empirične utemeljitve nepremičnosti Zemlje. Tako je slavni astronom Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV stoletja) verjel, da je nepremičnost Zemlje mogoče preveriti s poskusom. Po drugi strani pa je ustanovitelj observatorija Maraga, Nasir ad-Din at-Tusi, verjel, da če bi se Zemlja vrtela, bi to vrtenje ločila plast zraka, ki meji na njeno površino, in vsa gibanja blizu zemeljskega površja. bi se zgodilo na popolnoma enak način, kot če bi bila Zemlja negibna. To je utemeljil s pomočjo opazovanj kometov: po Aristotelu so kometi meteorološki pojav v zgornji atmosferi; kljub temu astronomska opazovanja kažejo, da kometi sodelujejo pri dnevnem vrtenju nebesne krogle. Posledično se zgornje plasti zraka zavlečejo z vrtenjem neba, zato lahko nižje plasti zanese tudi vrtenje Zemlje. Tako eksperiment ne more odgovoriti na vprašanje, ali se Zemlja vrti. Vendar je ostal zagovornik nepremičnosti Zemlje, saj je bila v skladu z Aristotelovo filozofijo.

Večina islamskih učenjakov poznejšega časa (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Dzhurjani, al-Birjandi in drugi) se je strinjala z at-Tusijem, da bi vsi fizični pojavi na vrteči se in stacionarni Zemlji povzročili na enak način. Vendar se vloga zraka v tem primeru ni več štela za temeljno: ne samo zrak, ampak tudi vse predmete prenaša vrteča se Zemlja. Zato je za utemeljitev nepremičnosti Zemlje potrebno vključiti Aristotelove nauke.

Posebno stališče v teh sporih je zavzel tretji direktor Samarkandskega observatorija Alauddin Ali al-Kushchi (XV. stoletje), ki je zavrnil Aristotelovo filozofijo in menil, da je vrtenje Zemlje fizično možno. V 17. stoletju je do podobnega zaključka prišel iranski teolog in učenjak-enciklopedist Baha al-Din al-Amili. Po njegovem mnenju astronomi in filozofi niso zagotovili zadostnih dokazov, da bi ovrgli rotacijo Zemlje.

latinski zahod

Natančna razprava o možnosti gibanja Zemlje je široko zajeta v spisih pariških sholastikov Jeana Buridana, Alberta Saškega in Nicholasa Orema (druga polovica 14. stoletja). Najpomembnejši argument v prid vrtenju Zemlje in ne neba, naveden v njihovih delih, je majhnost Zemlje v primerjavi z Vesoljem, zaradi česar je pripisovanje dnevnega vrtenja neba Vesolju zelo nenaravno.

Vendar pa so vsi ti znanstveniki na koncu zavrnili vrtenje Zemlje, čeprav na različnih razlogih. Tako je Albert Saški menil, da ta hipoteza ni sposobna razložiti opazovanih astronomskih pojavov. Buridan in Orem se s tem upravičeno nista strinjala, po katerem bi se nebesni pojavi morali pojavljati na enak način, ne glede na to, kaj povzroča vrtenje, Zemlja ali Kozmos. Buridan je našel le en pomemben argument proti vrtenju Zemlje: puščice, izstreljene navpično navzgor, padajo po strmi črti, čeprav bi morale z vrtenjem Zemlje po njegovem mnenju zaostajati za gibanjem Zemlje in pasti na zahodno od točke strela.

Toda tudi ta argument je Oresme zavrnil. Če se Zemlja vrti, potem puščica leti navpično navzgor in se hkrati premakne proti vzhodu, pri čemer jo zajame zrak, ki se vrti z Zemljo. Tako mora puščica pasti na isto mesto, od koder je bila izstreljena. Čeprav je tu spet omenjena privlačna vloga zraka, v resnici ne igra posebne vloge. To ponazarja naslednja analogija:

Podobno, če bi bil zrak zaprt v premikajoči se ladji, bi se človeku, obkroženemu s tem zrakom, zdelo, da se zrak ne premika ... Če bi bila oseba v ladji, ki se giblje z veliko hitrostjo proti vzhodu, ne da bi vedela za to gibanje, in če bi iztegnil roko v ravni črti vzdolž jambora ladje, bi se mu zdelo, da njegova roka dela pravocrtno gibanje; na enak način se nam po tej teoriji zdi, da se isto zgodi puščici, ko jo izstrelimo navpično navzgor ali navpično navzdol. V notranjosti ladje, ki se giblje proti vzhodu z veliko hitrostjo, se lahko zgodijo vse vrste gibanja: vzdolžno, prečno, navzdol, navzgor, v vse smeri - in zdijo se popolnoma enake, kot ko ladja miruje.

Nadalje Orem poda formulacijo, ki predvideva načelo relativnosti:

Zato sklepam, da je nemogoče s kakršno koli izkušnjo dokazati, da se nebesa dnevno gibljejo in da zemlja ne.

Vendar pa je bila Oresmejeva končna sodba o možnosti rotacije Zemlje negativna. Podlaga za ta sklep je bilo besedilo Svetega pisma:

Vendar zaenkrat vsi podpirajo in verjamem, da se premikajo [Nebesa] in ne Zemlja, kajti "Bog je ustvaril krog Zemlje, ki se ne bo tresel", kljub vsem nasprotnim argumentom.

Možnost dnevne rotacije Zemlje so omenjali tudi srednjeveški evropski znanstveniki in filozofi poznejšega časa, vendar niso dodali novih argumentov, ki jih ne bi vsebovala Buridan in Orem.

Tako praktično nihče od srednjeveških znanstvenikov ni sprejel hipoteze o vrtenju Zemlje. Vendar pa je bilo v njeni razpravi znanstvenikov Vzhoda in Zahoda izraženih veliko globokih misli, ki jih bodo nato ponovili znanstveniki Nove Dobe.

Renesansa in novi čas

V prvi polovici 16. stoletja je bilo objavljenih več del, ki so trdila, da je razlog za vsakodnevno vrtenje neba vrtenje Zemlje okoli svoje osi. Ena izmed njih je bila razprava Italijana Celia Calcagninija "O tem, da je nebo negibno in se Zemlja vrti, ali o nenehnem gibanju Zemlje" (napisana okoli leta 1525, objavljena leta 1544). Na svoje sodobnike ni naredil velikega vtisa, saj je do takrat že bilo objavljeno temeljno delo poljskega astronoma Nikolaja Kopernika »O rotacijah nebesnih krogel« (1543), kjer je postavljena hipoteza o dnevnem vrtenju Zemlja je postala del heliocentričnega sistema sveta, tako kot Aristarh Samossky. Kopernik je svoje misli že prej izrazil v majhnem ročno napisanem eseju. Majhen komentar(ne prej kot 1515). Dve leti prej kot glavno delo Kopernika je bilo objavljeno delo nemškega astronoma Georga Joachima Rhetika. Prva pripoved(1541), kjer se popularno razlaga Kopernikova teorija.

V 16. stoletju so Kopernika v celoti podpirali astronomi Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fiziki Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno, teolog Diego de Zuniga. Nekateri znanstveniki so sprejeli vrtenje Zemlje okoli svoje osi in zavračali njeno gibanje naprej. To je bilo stališče nemškega astronoma Nicholasa Reimersa, znanega tudi kot Ursus, pa tudi italijanskih filozofov Andrea Cesalpina in Francesca Patricija. Stališče izjemnega fizika Williama Gilberta, ki je podpiral aksialno rotacijo Zemlje, ni pa govoril o njenem translacijskem gibanju, ni povsem jasno. Na začetku 17. stoletja je heliocentrični sistem sveta (vključno z vrtenjem Zemlje okoli svoje osi) prejel impresivno podporo Galilea Galileija in Johannesa Keplerja. Najbolj vplivna nasprotnika ideje o gibanju Zemlje v 16. - zgodnjem 17. stoletju sta bila astronoma Tycho Brage in Christopher Clavius.

Hipoteza vrtenja Zemlje in nastanek klasične mehanike

Pravzaprav je v XVI-XVII stoletju. edini argument v prid aksialne rotacije Zemlje je bil, da v tem primeru zvezdni krogli ni treba pripisati velikih vrtilnih hitrosti, saj je bilo že v antiki zanesljivo ugotovljeno, da velikost vesolja bistveno presega velikost Zemlje (ta argument sta vsebovala tudi Buridan in Orem) .

Tej hipotezi so nasprotovali argumenti, ki temeljijo na dinamičnih konceptih tistega časa. Najprej je to navpičnost poti padajočih teles. Obstajali so tudi drugi argumenti, na primer enak doseg ognja v vzhodni in zahodni smeri. Kopernik je odgovarjal na vprašanje o neopaznosti učinkov dnevne rotacije pri zemeljskih poskusih:

Ne vrti se le Zemlja z vodnim elementom, ki je povezan z njo, ampak tudi precejšen del zraka in vse, kar je nekako sorodno Zemlji ali Zemlji že najbližjega zraka, nasičenega s zemeljsko in vodno snovjo, sledi enaki naravni zakoni kot Zemlja ali je pridobila gibanje, ki ji ga sporoča sosednja zemlja v nenehnem vrtenju in brez kakršnega koli upora

Tako ima zajemanje zraka z njegovo rotacijo glavno vlogo pri neopaznosti Zemljine rotacije. To mnenje je delila večina Kopernikanov v 16. stoletju.

Podporniki neskončnosti vesolja v 16. stoletju so bili tudi Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici – vsi so podpirali hipotezo o vrtenju Zemlje okoli svoje osi (prva dva pa tudi okoli Sonca). Christoph Rothmann in Galileo Galilei sta verjela, da se zvezde nahajajo na različnih razdaljah od Zemlje, čeprav nista izrecno govorila o neskončnosti vesolja. Po drugi strani je Johannes Kepler zanikal neskončnost vesolja, čeprav je bil zagovornik vrtenja Zemlje.

Verski kontekst razprave o rotaciji Zemlje

Številni ugovori proti vrtenju Zemlje so bili povezani z njenimi protislovji z besedilom Svetega pisma. Ti ugovori so bili dveh vrst. Prvič, nekatera mesta v Svetem pismu so bila navedena, da potrjujejo, da je sonce tisto, ki vsakodnevno giblje, na primer:

Sonce vzhaja in sonce zahaja ter hiti na svoje mesto, kjer vzhaja.

V tem primeru je bilo napadeno osno vrtenje Zemlje, saj je gibanje Sonca od vzhoda proti zahodu del dnevne rotacije neba. V zvezi s tem je bil pogosto citiran odlomek iz knjige Jozueta:

Jezus je klical h Gospodu na dan, ko je Gospod izročil Amoreje v roke Izraela, ko jih je premagal v Gibeonu in so bili tepeni pred Izraelovimi sinovi, in rekel pred Izraelci: Ustavi se, sonce je nad Gibeonom in luna je nad dolino Avalon. !

Ker je bil ukaz za ustavitev dan Soncu in ne Zemlji, je bilo iz tega sklepano, da je Sonce tisto, ki je naredilo dnevno gibanje. Drugi odlomki so bili citirani v podporo nepremičnosti Zemlje, kot so:

Zemljo si postavil na trdne temelje, ne bo se tresla na veke vekov.

Ti prehodi so veljali za v nasprotju tako s pojmom vrtenja Zemlje okoli svoje osi kot z vrtenjem okoli Sonca.

Zagovorniki vrtenja Zemlje (zlasti Giordano Bruno, Johann Kepler in zlasti Galileo Galilei) so se branili v več smereh. Najprej so opozorili, da je Sveto pismo napisano v jeziku, razumljivem navadnim ljudem, in če bi njegovi avtorji podali znanstveno jasne formulacije, ne bi mogla izpolniti svojega glavnega, verskega poslanstva. Tako je Bruno zapisal:

V mnogih primerih je neumno in neprimerno podajati veliko sklepanja glede na resnico in ne glede na primer in ugodnost. Na primer, če namesto besed: "Sonce se rodi in vzhaja, gre skozi poldne in se nagiba proti Akvilonu," je modrec rekel: "Zemlja gre v krogu proti vzhodu in zapusti sonce, ki zahaja, se nagne proti dveh tropov, od Raka do Juga, od Kozoroga do Aquila,« bi poslušalci začeli razmišljati: »Kako? Ali pravi, da se zemlja premika? Kakšna je ta novica? Na koncu bi ga imeli za bedaka in res bi bil norec.

Tovrstni odgovori so bili dani predvsem na ugovore glede dnevnega gibanja Sonca. Drugič, bilo je ugotovljeno, da je treba nekatere odlomke Svetega pisma razlagati alegorično (glej članek Svetopisemski alegorizem). Torej, Galileo je ugotovil, da če se Sveto pismo vzame povsem dobesedno, se izkaže, da ima Bog roke, da je podvržen čustvom, kot je jeza itd. Na splošno je glavna ideja zagovornikov doktrine gibanja Zemlje je bilo, da imata znanost in religija različne cilje: znanost obravnava pojave materialnega sveta, ki jih vodijo argumenti razuma, cilj religije je moralno izboljšanje človeka, njegovo odrešenje. Galileo je v zvezi s tem citiral kardinala Baronija, da Sveto pismo uči, kako se povzpeti v nebesa, ne pa kako so nebesa narejena.

Katoliška cerkev je te argumente štela za neprepričljive in leta 1616 je bila doktrina o vrtenju Zemlje prepovedana, leta 1631 pa je Galileja zaradi njegove obrambe obsodila inkvizicija. Toda zunaj Italije ta prepoved ni bistveno vplivala na razvoj znanosti in je prispevala predvsem k padcu avtoritete same Katoliške cerkve.

Treba je dodati, da verskih argumentov proti gibanju Zemlje niso predstavili le cerkveni voditelji, ampak tudi znanstveniki (na primer Tycho Brage). Po drugi strani pa je katoliški menih Paolo Foscarini napisal kratek esej »Pismo o pogledih pitagorejcev in Kopernika na gibljivost Zemlje in negibnosti Sonca ter o novem pitagorejskem sistemu vesolja« (1615), kjer je izražal premisleke, bližnje galilejskim, španski teolog Diego de Zuniga pa je celo uporabil Kopernikovo teorijo za razlago nekaterih odlomkov Svetega pisma (čeprav si je pozneje premislil). Konflikt med teologijo in naukom o gibanju Zemlje torej ni bil toliko konflikt med znanostjo in religijo kot tako, temveč nasprotje med starimi (do začetka 17. stoletja že zastarelimi) in novimi metodološkimi načeli. temeljna znanost.

Pomen hipoteze o vrtenju Zemlje za razvoj znanosti

Razumevanje znanstvenih problemov, ki jih postavlja teorija vrteče se Zemlje, je prispevalo k odkritju zakonov klasične mehanike in ustvarjanju nove kozmologije, ki temelji na ideji o neskončnosti vesolja. Protislovja med to teorijo in dobesednim branjem Svetega pisma, ki so bila obravnavana med tem postopkom, so prispevala k razmejitvi naravoslovja in religije.

Skrivnostni in čarobni svet astronomije je že od antičnih časov pritegnil pozornost človeštva. Ljudje so dvigovali glave proti zvezdnatemu nebu in postavljali večna vprašanja, zakaj zvezde spreminjajo svoj položaj, zakaj prihajata dan in noč, zakaj nekje zavija metež in nekje v puščavi plus 50 ...

Gibanje svetilk in koledarjev

Večina planetov v sončnem sistemu se vrti okoli sebe. Hkrati se vsi vrtijo okoli Sonca. Nekateri to storijo hitro in hitro, drugi počasi in slovesno. Planet Zemlja ni izjema, nenehno se giblje v vesolju. Že v starih časih so ljudje, ki so poznali vzroke in mehanizem tega gibanja, opazili določen splošen vzorec in začeli sestavljati koledarje. Že takrat je človeštvo zanimalo vprašanje, kakšna je hitrost Zemljine revolucije okoli Sonca.

Sonce vzhaja ob sončnem vzhodu

Gibanje Zemlje okoli svoje osi je zemeljski dan. In popoln prehod našega planeta po elipsoidni orbiti okoli zvezde je koledarsko leto.

Če stojite na severnem tečaju in narišete namišljeno os skozi Zemljo na južni tečaj, se izkaže, da se naš planet premika od zahoda proti vzhodu. Se spomnite, tudi v "Besedi o Igorjevem pohodu" je rečeno, da "Sonce vzhaja ob sončnem vzhodu"? Vzhod se vedno sreča s sončnimi žarki pred zahodom. Zato novo leto na Daljnem vzhodu prihaja prej kot v Moskvi.

Hkrati so znanstveniki ugotovili, da sta le dve točki na našem planetu v statičnem položaju glede na severni in južni pol.

nora hitrost

Vsa druga mesta na planetu so v nenehnem gibanju. Kolikšna je hitrost vrtenja Zemlje okoli Sonca? Na ekvatorju je najvišja in doseže 1670 km na uro. Bližje srednjim zemljepisnim širinam, na primer v Italiji, je hitrost že precej nižja - 1200 km na uro. In bližje kotom, manjša in manjša je.

Čas vrtenja Zemlje okoli svoje osi je 24 ur. Tako pravijo znanstveniki. Temu rečemo lažje - dan.

Kako hitro se Zemlja vrti okoli sonca?

350-krat hitrejši od dirkalnika

Poleg tega, da se Zemlja vrti okoli svoje osi, naredi tudi elipsoidno gibanje okoli zvezde, imenovane Sonce. S kakšno hitrostjo so znanstveniki že zdavnaj izračunali ta kazalnik z uporabo zapletenih formul in izračunov. Hitrost Zemlje okoli Sonca je 107 tisoč kilometrov na uro.

Težko si je sploh predstavljati te nore, nerealne številke. Na primer, tudi najbolj dirkalnik - 300 kilometrov na uro - je 356-krat manjši od hitrosti Zemlje v orbiti.

Zdi se nam, da se dviga in dviga, da je Zemlja negibna, svetilka pa naredi krog na nebu. Zelo dolgo je človeštvo razmišljalo samo o tem, dokler niso znanstveniki dokazali, da se vse dogaja obratno. Danes celo šolar ve, kaj se dogaja na svetu: planeti se gladko in slovesno gibljejo okoli Sonca in ne obratno. Zemlja se vrti okoli Sonca in sploh ne tako, kot so verjeli starodavni ljudje.

Tako smo ugotovili, da je hitrost vrtenja Zemlje okoli svoje osi in Sonca 1670 km na uro (na ekvatorju) oziroma 107 tisoč kilometrov na uro. Vau, letimo!

sončno in zvezdano leto

Celoten krog ali bolje rečeno eliptični oval, planet Zemlja obkroži sonce v 356 dneh 5 ur 48 minut 46 sekund. Astronomi te številke imenujejo "astrološko leto". Zato na vprašanje "Kolikšna je frekvenca vrtenja Zemlje okoli Sonca?" preprosto in jedrnato odgovorimo: "Leto". Ta kazalnik ostaja nespremenjen, a iz nekega razloga imamo vsaka štiri leta prestopno leto, v katerem je še en dan več.

Samo astronomi so se že dolgo strinjali, da se dodatnih 5 ur in pol ne šteje vsako leto, ampak so izbrali število astronomskega leta, večkratnik dni. Tako je leto 365 dni. Da pa sčasoma ne bi prišlo do napake, da se naravni ritmi ne bi premikali v času, se vsaka štiri leta v koledarju v februarju pojavi en sam dodaten dan. Ti četrtinski dnevi za 4 leta so "zbrani" v cel dan - in praznujemo prestopno leto. Tako, ko odgovarjate na vprašanje, kakšna je frekvenca vrtenja Zemlje okoli Sonca, lahko rečete, da eno leto.

V znanstvenem svetu obstajata pojma "sončno leto" in "zvezdno (siderično) leto". Razlika med njima je približno 20 minut in nastane zaradi dejstva, da naš planet kroži hitreje, kot se Sonce vrne na mesto, ki so ga astronomi identificirali kot spomladansko enakonočje. Hitrost Zemljinega vrtenja okoli Sonca že poznamo, skupna doba Zemljinega obrata okoli Sonca pa je 1 leto.

Dnevi in ​​leta na drugih planetih

Devet planetov sončnega sistema ima svoje "koncepte" o hitrosti, o tem, kaj je dan in kaj je astronomsko leto.

Planet Venera se na primer vrti okoli sebe 243 zemeljskih dni. Si predstavljate, koliko lahko tam naredite v enem dnevu? In kako dolga je noč!

Toda na Jupitru je ravno nasprotno. Ta planet se vrti okoli svoje osi z velikansko hitrostjo in uspe opraviti 360-stopinjsko rotacijo v 9,92 urah.

Hitrost prehoda Zemlje v orbiti okoli Sonca je eno leto (365 dni), Merkur pa le 58,6 zemeljskih dni. Na Marsu, planetu, ki je najbližji Zemlji, traja dan skoraj toliko kot na Zemlji – 24 ur in pol, leto pa je skoraj dvakrat daljše – 687 dni.

Obrat Zemlje okoli Sonca je 365 dni. Zdaj pa to številko pomnožimo z 247,7 in dobimo eno leto na planetu Pluton. Imamo tisočletje, na najbolj oddaljenem planetu v sončnem sistemu pa le štiri leta.

Tukaj so takšne paradoksalne vrednosti in številke, ki so zastrašujoče v svojem obsegu.

Skrivnostna elipsa

Da bi razumeli, zakaj se letni časi na planetu Zemlja občasno spreminjajo, zakaj je v našem srednjem pasu hladno in pozimi hladno, ni pomembno le odgovoriti na vprašanje, kako hitro se Zemlja vrti okoli Sonca in po kateri pot. Prav tako morate razumeti, kako to počne.

In tega ne počne v krogu, ampak v elipsi. Če narišemo orbito Zemlje okoli Sonca, bomo videli, da je zvezdi najbližje januarja, najbolj oddaljena pa julija. Najbližja točka Zemljinega položaja v orbiti se imenuje perihel, najbolj oddaljena pa se imenuje afel.

Ker zemeljska os ni v strogo navpičnem položaju, ampak je odstopljena za približno 23,4 stopinje, glede na elipsoidno orbito pa se kot naklona poveča na 66,3 stopinje, se izkaže, da Zemlja v različnih položajih izpostavlja sonce različne strani.

Zaradi nagiba orbite se Zemlja na različnih hemisferah obrača k zvezdi, od tod tudi sprememba vremena. Ko na severni polobli divja zima, na južni polobli cvetijo vroča poletja. Šest mesecev pozneje se bo situacija spremenila ravno nasprotno.

Vrti se, zemeljska svetilka!

Ali se sonce vrti okoli nečesa? Seveda! V vesolju ni popolnoma nepremičnih predmetov. Vsi planeti, vsi njihovi sateliti, vsi kometi in asteroidi se vrtijo kot ura. Seveda imajo različna nebesna telesa različno hitrost vrtenja in naklon osi, vendar so še vedno v gibanju. In Sonce, ki je zvezda, ni izjema.

Sončni sistem ni neodvisen zaprt prostor. Vstopi v ogromno spiralno galaksijo, imenovano Rimska cesta. Vključuje pa kar 200 milijard zvezd več. Sonce se giblje v krogu okoli središča te galaksije. Hitrost vrtenja Sonca okoli svoje osi in galaksije Rimska cesta so znanstveniki izračunali tudi z uporabo dolgotrajnih opazovanj in matematičnih formul.

Danes obstajajo takšni podatki. Sonce zaključi svoj polni cikel krožnega gibanja okoli Rimske ceste v 226 milijonih let. V astronomski znanosti se ta številka imenuje "galaktično leto". Poleg tega, če si površino galaksije predstavljamo kot ravno, potem naša svetilka naredi majhna nihanja navzgor in navzdol, kar se izmenično konča na severni in južni polobli Rimske ceste. Pogostost takšnih nihanj je 30-35 milijonov let.

Znanstveniki verjamejo, da je Sonce v času obstoja galaksije uspelo narediti 30 popolnih obratov okoli Rimske ceste. Tako je Sonce doslej živelo le 30 galaktičnih let. Vsaj tako pravijo znanstveniki.

Večina znanstvenikov meni, da se je življenje na Zemlji začelo pred 252 milijoni let. Tako lahko trdimo, da so se prvi živi organizmi na Zemlji pojavili, ko je Sonce naredilo svojo 29. revolucijo okoli Rimske ceste, torej v 29. letu svojega galaktičnega življenja.

Telo in plini se gibljejo z različno hitrostjo

Izvedeli smo veliko zanimivih dejstev. Hitrost vrtenja Zemlje okoli Sonca že poznamo, ugotovili smo, kakšno je astronomsko in galaktično leto, kako hitro se Zemlja in Sonce gibljeta po svojih orbitah, zdaj pa bomo ugotovili, kako hitro se Sonce vrti okoli osi. .

Dejstvo, da se Sonce vrti, so opazili že starodavni raziskovalci. Na njem so se občasno pojavljale podobne lise, nato pa izginile, zaradi česar je bilo mogoče sklepati, da se vrti okoli svoje osi. Toda s kakšno hitrostjo? Znanstveniki, ki imajo najsodobnejše raziskovalne metode, so se o tem zelo dolgo prepirali.

Konec koncev ima naša svetilka zelo zapleteno sestavo. Njegovo telo je trdno. V notranjosti je trdno jedro, okoli katerega se nahaja vroč tekoči plašč. Nad njim je trdo lubje. Poleg vsega tega je površina Sonca zavita v vroč plin, ki nenehno gori. Je težek plin, ki je sestavljen predvsem iz vodika.

Torej se telo Sonca vrti počasi, ta goreči plin pa hitro.

25 dni in 22 let

Zunanja lupina Sonca naredi popolno rotacijo okoli svoje osi v 27 dneh in pol. Astronomi so to lahko ugotovili z opazovanjem sončnih peg. Ampak to je povprečje. Na primer, na ekvatorju se vrtijo hitreje in naredijo vrtenje okoli osi v 25 dneh. Na polih se sončne pege premikajo s hitrostjo od 31 do 36 dni.

Telo zvezde se vrti okoli svoje osi v 22,14 letih. Na splošno se bo Sonce v sto letih zemeljskega življenja obrnilo okoli svoje osi le štirikrat in pol.

Zakaj znanstveniki tako natančno preučujejo hitrost vrtenja naše zvezde?

Ker daje odgovore na mnoga vprašanja evolucije. Konec koncev je zvezda Sonce vir življenja za vse življenje na Zemlji. Prav zaradi izbruhov na Soncu se je po mnenju mnogih raziskovalcev na Zemlji pojavilo življenje (pred 252 milijoni let). In prav zaradi obnašanja Sonca so dinozavri in drugi plazilci umrli v starih časih.

Osvetli nam, sonce!

Ljudje se nenehno sprašujejo, ali bo Sonce izčrpalo svojo energijo, ali bo ugasnilo? Seveda bo ugasnilo - na svetu ni nič večnega. In za tako masivne zvezde obstaja čas rojstva, aktivnosti in razpada. Toda zaenkrat je Sonce sredi evolucijskega cikla in ima dovolj energije. Mimogrede, na samem začetku je bila ta zvezda manj svetla. Astronomi so ugotovili, da je bila v najzgodnejših fazah razvoja svetlost Sonca za 70 odstotkov nižja kot je zdaj.