Rovnako ako iné planéty slnečná sústava, robí 2 hlavné pohyby: okolo vlastnej osi a okolo Slnka. Od staroveku sa na týchto dvoch pravidelných pohyboch zakladá výpočet času a schopnosť zostavovať kalendáre.

Deň je čas rotácie okolo vlastnej osi. Rok je revolúcia okolo slnka. Rozdelenie na mesiace je v priamej súvislosti aj s astronomickými javmi – ich trvanie je spojené s fázami mesiaca.

Rotácia Zeme okolo vlastnej osi

Naša planéta sa otáča okolo vlastnej osi zo západu na východ, teda proti smeru hodinových ručičiek (pri pohľade zboku severný pól.) Os je virtuálna priamka pretínajúca zemeguľu v oblasti severného a južného pólu, t.j. póly majú pevnú polohu a nezúčastňujú sa rotačného pohybu, zatiaľ čo všetky ostatné miesta sú zapnuté zemského povrchu rotovať, pričom rýchlosť rotácie nie je totožná a závisí od ich polohy vzhľadom k rovníku – čím bližšie k rovníku, tým vyššia je rýchlosť rotácie.

Napríklad v regióne Talianska je rýchlosť otáčania približne 1200 km / h. Dôsledky rotácie Zeme okolo svojej osi sú zmena dňa a noci a zdanlivý pohyb nebeskej sféry.

Naozaj má človek dojem, že hviezdy a iné nebeských telies nočnej oblohy sa pohybujú opačným smerom ako náš pohyb s planétou (teda z východu na západ).

Zdá sa, že hviezdy sa nachádzajú okolo Polárky, ktorá sa nachádza na pomyselnej čiare – pokračovaní zemskej osi v severnom smere. Pohyb hviezd nie je dôkazom rotácie Zeme okolo svojej osi, pretože tento pohyb by mohol byť dôsledkom rotácie nebeskej sféry, ak predpokladáme, že planéta zaujíma pevnú, nehybnú polohu vo vesmíre.

Foucaultovo kyvadlo

Nezvratný dôkaz, že Zem sa otáča okolo vlastnej osi, predložil v roku 1851 Foucault, ktorý uskutočnil slávny experiment s kyvadlom.

Predstavte si, že na severnom póle uvedieme kyvadlo do oscilačného pohybu. Vonkajšia sila pôsobiaca na kyvadlo je gravitačná, pričom neovplyvňuje zmenu smeru kmitania. Ak si pripravíme virtuálne kyvadlo, ktoré zanecháva stopy na povrchu, môžeme sa postarať o to, aby sa po chvíli koľaje pohybovali v smere hodinových ručičiek.

Táto rotácia môže byť spojená s dvoma faktormi: buď s rotáciou roviny, na ktorej kyvadlo kmitá, alebo s rotáciou celej plochy.

Prvú hypotézu možno zamietnuť, berúc do úvahy, že na kyvadlo nepôsobia žiadne sily schopné meniť rovinu kmitavých pohybov. Z toho vyplýva, že je to Zem, ktorá sa otáča a robí pohyby okolo svojej vlastnej osi. Tento experiment uskutočnil v Paríži Foucault, použil na to obrovské kyvadlo v podobe bronzovej gule s hmotnosťou asi 30 kg, zavesené na 67 metrovom kábli. Počiatočný bod oscilačných pohybov bol upevnený na povrchu podlahy Panteónu.

Takže sa točí Zem a nie nebeská sféra. Ľudia pozorujúci oblohu z našej planéty fixujú pohyb Slnka aj planét, t.j. Všetky objekty vo vesmíre sú v pohybe.

Časové kritérium - deň

Deň je čas, ktorý Zem potrebuje na jednu rotáciu okolo vlastnej osi. Existujú dve definície pojmu „deň“. "Slnečný deň" je časový interval rotácie Zeme, v ktorom . Iný koncept - "hviezdny deň" - znamená iný východiskový bod - akúkoľvek hviezdu. Trvanie týchto dvoch typov dní nie je rovnaké. Zemepisná dĺžka hviezdneho dňa je 23 h 56 min 4 s, zatiaľ čo zemepisná dĺžka slnečné dni rovná sa 24 hodinám.

Rozdielne trvanie je spôsobené tým, že Zem, ktorá sa otáča okolo svojej vlastnej osi, vykonáva aj orbitálnu rotáciu okolo Slnka.

V zásade platí, že trvanie slnečného dňa (hoci sa berie ako 24 hodín) je premenlivá hodnota. Je to spôsobené tým, že pohyb Zeme na jej obežnej dráhe prebieha premenlivou rýchlosťou. Keď je Zem bližšie k Slnku, rýchlosť jej pohybu na obežnej dráhe je vyššia, pri vzďaľovaní sa od Slnka rýchlosť klesá. V tejto súvislosti bol zavedený koncept ako „priemerný slnečný deň“, konkrétne ich trvanie je 24 hodín.

Obeh okolo Slnka rýchlosťou 107 000 km/h

Rýchlosť Zeme okolo Slnka je druhým hlavným pohybom našej planéty. Zem sa pohybuje po eliptickej dráhe, t.j. obežná dráha je elipsovitá. Keď je v tesnej blízkosti Zeme a padá do jej tieňa, dochádza k zatmeniu. Priemerná vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom je približne 150 miliónov kilometrov. Astronómia používa jednotku na meranie vzdialeností v rámci slnečnej sústavy; nazýva sa „astronomická jednotka“ (AU).

Rýchlosť, ktorou sa Zem pohybuje na svojej obežnej dráhe, je približne 107 000 km/h.
Uhol, ktorý zviera zemská os a rovina elipsy, je približne 66 ° 33 ', je to konštantná hodnota.

Ak pozorujete Slnko zo Zeme, zdá sa, že práve ono sa počas roka pohybuje po oblohe, prechádza cez hviezdy a tvorí zverokruh. V skutočnosti Slnko tiež prechádza súhvezdím Ophiuchus, ale nepatrí do kruhu Zodiac.

Zem je neustále v pohybe: otáča sa okolo svojej osi a okolo Slnka. Práve vďaka tomu na Zemi dochádza k zmene dňa a noci, ako aj k zmene ročných období. Povedzme si podrobnejšie o tom, ako rýchlo sa Zem pohybuje okolo svojej osi a aká je rýchlosť Zeme okolo Slnka.

Akou rýchlosťou sa Zem otáča?

Za 23 hodín, 56 minút a 4 sekúnd vykoná naša planéta kompletnú revolúciu okolo svojej osi, preto sa táto rotácia nazýva denná. Každý vie, že počas daného časového obdobia na Zemi má deň čas zmeniť sa na noc.

Na rovníku je najvyššia rýchlosť otáčania 1670 km/h. Túto rýchlosť však nemožno nazvať konštantnou, pretože sa na rôznych miestach planéty líši. Napríklad najnižšia rýchlosť je na severnom a južnom póle – môže klesnúť až na nulu.

Rýchlosť rotácie Zeme okolo Slnka je približne 108 000 km/h alebo 30 km/s. Na obežnej dráhe okolo Slnka naša planéta prekonáva 150 ml. km. Naša planéta urobí úplnú revolúciu okolo hviezdy za 365 dní, 5 hodín, 48 minút, 46 sekúnd, takže každý štvrtý rok je priestupný rok, teda o jeden deň dlhšie.

Rýchlosť Zeme sa považuje za relatívnu hodnotu: možno ju vypočítať iba vo vzťahu k Slnku, jeho vlastnej osi, mliečna dráha. Je nestabilný a má tendenciu sa meniť vo vzťahu k inému vesmírnemu objektu.

Zaujímavosťou je, že trvanie dňa v apríli a novembri sa líši od štandardných o 0,001 s.

Zem sa otáča okolo naklonenej osi zo západu na východ. Polovica zemegule je osvetlená slnkom, v tomto čase je tam deň, druhá polovica je v tieni, je noc. V dôsledku rotácie Zeme dochádza k zmene dňa a noci. Zem vykoná jednu otáčku okolo svojej osi za 24 hodín – denne.

V dôsledku rotácie sa pohybujúce sa prúdy (rieky, vetry) na severnej pologuli odkláňajú doprava a na južnej pologuli doľava.

Rotácia Zeme okolo Slnka

Zem obieha okolo Slnka po kruhovej dráhe, úplná revolúcia trvá 1 rok. Zemská os nie je vertikálna, k obežnej dráhe je naklonená pod uhlom 66,5°, tento uhol zostáva konštantný počas celej rotácie. Hlavným dôsledkom tohto striedania je zmena ročných období.

Zvážte rotáciu Zeme okolo Slnka.

• 22. december- zimný slnovrat. Najbližšie k slnku (slnko je v zenite) je v tejto chvíli južný obratník - teda leto je na južnej pologuli, zima je na severnej pologuli. Noci na južnej pologuli sú krátke, na južnom polárnom kruhu 22. decembra deň trvá 24 hodín, noc neprichádza. Na severnej pologuli je to naopak, na polárnom kruhu trvá noc 24 hodín.
• 22. júna- deň letného slnovratu. Severný obratník je najbližšie k slnku, na severnej pologuli je leto, na južnej pologuli zima. V južnom polárnom kruhu trvá noc 24 hodín a v severnom polárnom kruhu noc neprichádza vôbec.
• 21. marca, 23. septembra- dni jarnej a jesennej rovnodennosti.Rovník je najbližšie k slnku, deň sa rovná noci na oboch pologuliach.

Úplná rotácia okolo svojej osi, t.j. 360° obrat, zemeguľa spraví 4,1 sekundy za 23 hodín 56 minút, t.j. približne za ~ 24 hodín alebo za deň. S rovnakým obdobím nastáva východ slnka, jeho kulminácia a západ slnka. Astronómovia dlho verili, že rýchlosť rotácie Zeme je konštantná, no s použitím presnejších prístrojov boli zistené malé odchýlky. V dôsledku trenia vytváraného morským prílivom a odlivom a zmenami v zemskej kôre sa rýchlosť zemskej rotácie znižuje. Náš deň sa každých 100 rokov predlžuje o 1/1000 sekundy. Je to malá zmena, ale vedci ju sledujú.

Zem sa na svojej obežnej dráhe okolo Slnka pohybuje nerovnomerne. V niektorých bodoch je bližšie k Slnku, inokedy zase ďalej. Obežná dráha Zeme nie je kruh, má mierne pretiahnutý tvar a pripomína ovál. Matematici nazývajú takýto obrazec elipsa. Keď je Zem čo najbližšie k Slnku, táto poloha sa nazýva perihélium (bod 1), keď je čo najďalej - afélium (bod 2). Rýchlosť pohybu Zeme závisí od jej vzdialenosti od Slnka. Čím bližšie k Slnku, tým vyššia je rýchlosť. V perihéliu je obežná rýchlosť Zeme 30,2 km/s. Zem prejde týmto bodom v decembri av aféliu Zem v júni a jej rýchlosť je 29,2 km / s.

Vzdušný „kožuch“ našej Zeme sa nazýva atmosféra. Bez nej je život na Zemi nemožný. Na tých planétach, kde nie je atmosféra, nie je život. Atmosféra chráni planétu pred podchladením a prehriatím. Rozzúri 5 miliónov miliárd ton. Dýchame jej kyslík oxid uhličitý rastliny absorbujú. „Kožuch“ chráni všetky živé bytosti pred ničivým krupobitím kozmických úlomkov, ktoré horia na ceste...

Vegetácia púští je veľmi zvláštna a závisí od typu púšte, od vlastností podnebia a prítomnosti vlhkosti. Po prvé, vegetácia nikde netvorí súvislú pokrývku. Po druhé, v púšti nie sú žiadne lesy, žiadny podrast, žiadna tráva a nakoniec veľké kríky nemajú listy. Piesočnaté púšte sú najbohatšie na bylinnú vegetáciu. V sadrových a skalnatých púšťach prevládajú kry, polokríky a rozchodnice....

zemská kôra- vonkajšia vrstva zemegule, povrch, na ktorom žijeme, pozostáva z približne 20 veľkých a malých dosiek, ktoré sa nazývajú tektonické. Dosky sú hrubé 60 až 100 kilometrov a zdá sa, že plávajú na povrchu viskóznej, pastovitej roztavenej látky nazývanej magma. Slovo "magma" je preložené z gréčtiny ako "cesto" alebo ...

Polárna žiara je jedným z najkrajších, grandióznych a majestátnych úkazov prírody. Niektorí ľudia si myslia, že sa vyskytuje iba na severe a nazývajú to „ Severné svetlá". A to je nesprávne, pretože sa pozoruje s rovnakým úspechom v severných aj v južných polárnych a cirkumpolárnych oblastiach. Takto to obrazne opisuje známy prieskumník Severnej Zeme...

Čas neustále plynie a všetko na svete sa časom mení. Potreba merať čas sa u ľudí objavila už veľmi dávno, každodenný život je spojený so zmenou dňa a noci. V dávnych dobách slúžila poloha Slnka na oblohe človeku ako ukazovateľ času. Slnkom boli vedené v priestore aj v čase. Zdanlivý pohyb Slnka po oblohe umožnil človeku merať takmer rovnakú ...

Slovo „zverokruh“ je založené na gréckych slovách „zviera“ a „kruh“. Jeho doslovný preklad teda znamená „kruh zvierat“. V skutočnosti 11 z 12 súhvezdí zverokruhu (s výnimkou Váh) nesie mená živých bytostí: Baran, Býk, Blíženci, Rak, Lev, Panna, Škorpión, Strelec, Kozorožec, Vodnár, Ryby. Na pozadí presne týchto konštelácií dochádza k zjavnému pohybu Slnka, Mesiaca a planét ....

Po dlhú dobu, takmer jeden a pol tisícročia, dominovalo myslenie ľudí Ptolemaiovo učenie, ktoré tvrdilo, že Zem nehybne spočíva v strede vesmíru. Geocentrický systém Ptolemaia vyvrátil veľký poľský vedec Mikuláš Kopernik (1473-1543). Po tridsiatich rokoch tvrdej práce, dlhých pozorovaniach oblohy, zložitých matematických výpočtov dokázal, že Zem je len jednou z planét, že všetky planéty sa točia okolo...

Americkí astronauti a naša automatická stanica Luna-16 dopravili na Zem vzorky mesačnej pôdy. Analýza týchto vzoriek ukázala, že povrchové horniny na Mesiaci vznikli ako výsledok stuhnutej čadičovej taveniny. Lunárne moria sú pláne, ktoré boli kedysi zaliate sopečnou lávou. Mesiac, podobne ako Zem, pozostáva z kôry, plášťa a jadra. Priemerná hrúbka zemskej kôry je asi 60 km. Hrúbka…

Spektrum nám o tom hovorí. slnečné lúče. Slnečné svetlo je zmesou lúčov rôznych farieb. Prvýkrát to založil veľký anglický fyzik I. Newton. Vzal sklenený hranol a nasmeroval naň lúč svetla. Namiesto bieleho pruhu sa na obrazovke za hranolom objavil široký viacfarebný pruh. Farby sa striedali v rovnakom poradí ako dúha na ...

Venuša je čarodejnica nebeskej klenby, je jasnejšia ako najjasnejšia z hviezd. Dá sa to vidieť aj voľným okom za denného svetla. Povrch Venuše, ktorý je zo všetkých planét najbližšie k Zemi, je neprístupný pre optické pozorovania, pretože planéta je zahalená v oblakoch. Preto drvivá väčšina fyzicka charakteristika planét získané pomocou rádiových metód a vesmírneho výskumu. Ako veľmi svetlý objekt viditeľné...

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 )))\vpravo)\omega ), Kde R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - rovníkový polomer, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - polárny polomer.

• Lietadlo letiace touto rýchlosťou z východu na západ (vo výške 12 km: 936 km/hv šírke Moskva, 837 km/hv šírke Petrohradu) bude v pokoji v inerciálnej vzťažnej sústave. .
• Superpozícia rotácie Zeme okolo svojej osi s periódou jedného hviezdneho dňa a okolo Slnka s periódou jedného roka vedie k nerovnosti slnečných a hviezdnych dní: dĺžka priemerného slnečného dňa je presne 24 hodín, čo je o 3 minúty 56 sekúnd dlhšie ako hviezdny deň.

Fyzikálny význam a experimentálne potvrdenie

Fyzikálny význam rotácie Zeme okolo svojej osi

Pretože každý pohyb je relatívny, je potrebné uviesť špecifický referenčný rámec, vzhľadom na ktorý sa pohyb telesa študuje. Keď hovoria, že sa Zem otáča okolo pomyselnej osi, znamená to, že sa točí rotačný pohyb vzhľadom k akejkoľvek inerciálnej referenčnej snímke a doba tejto rotácie sa rovná hviezdnym dňom - ​​perióde úplnej revolúcie Zeme (nebeská sféra) vzhľadom na nebeskú sféru (Zem).

Všetky experimentálne dôkazy rotácie Zeme okolo svojej osi sú zredukované na dôkaz, že referenčná sústava spojená so Zemou je neinerciálna vzťažná sústava. špeciálny druh- referenčná sústava, ktorá vykonáva rotačný pohyb vzhľadom na inerciálne referenčné sústavy.

Na rozdiel od zotrvačného pohybu (t. j. rovnomerného priamočiareho pohybu vo vzťahu k inerciálnym referenčným sústavám) na detekciu neinerciálneho pohybu uzavretého laboratória nie je potrebné vykonávať pozorovania vonkajších telies, - takýto pohyb sa zisťuje pomocou miestnych experimentov (t. j. experimentov vykonávaných v tomto laboratóriu). V tomto zmysle slova možno neinerciálny pohyb vrátane rotácie Zeme okolo svojej osi nazvať absolútnym.

Zotrvačné sily

Účinky odstredivej sily

Závislosť zrýchlenia voľného pádu od zemepisnej šírky. Experimenty ukazujú, že zrýchlenie voľný pád závisí od zemepisnej šírky: čím bližšie k pólu, tým je väčšie. Je to spôsobené pôsobením odstredivej sily. Po prvé, body na zemskom povrchu nachádzajúce sa vo vyšších zemepisných šírkach sú bližšie osí otáčania a následne pri priblížení k pólu vzdialenosť r (\displaystyle r) klesá od osi otáčania a na póle dosahuje nulu. Po druhé, s rastúcou zemepisnou šírkou sa uhol medzi vektorom odstredivej sily a rovinou horizontu zmenšuje, čo vedie k zníženiu vertikálnej zložky odstredivej sily.

Tento jav bol objavený v roku 1672, keď francúzsky astronóm Jean Richet na expedícii do Afriky zistil, že kyvadlové hodiny bežia pri rovníku pomalšie ako v Paríži. Newton to čoskoro vysvetlil tým, že perióda kyvadla je nepriamo úmerná odmocnina od gravitačného zrýchlenia, ktoré sa zmenšuje na rovníku v dôsledku pôsobenia odstredivej sily.

Sploštenie Zeme. Vplyv odstredivej sily vedie k sploštenosti Zeme na póloch. Tento jav, ktorý koncom 17. storočia predpovedali Huygens a Newton, prvýkrát objavil Pierre de Maupertuis koncom 30. rokov 18. storočia ako výsledok spracovania údajov z dvoch francúzskych expedícií špeciálne vybavených na riešenie tohto problému v Peru (pod vedením Pierra Bouguera a Charles de la Condamine ) a Laponsko (pod vedením Alexis Clera a samotného Maupertuisa).

Coriolisove silové účinky: Laboratórne experimenty

Tento efekt by mal byť najzreteľnejšie vyjadrený na póloch, kde doba úplného otočenia roviny kyvadla sa rovná perióde rotácie Zeme okolo jej osi (hviezdne dni). Vo všeobecnom prípade je perióda nepriamo úmerná sínusu zemepisnej šírky, na rovníku je rovina kmitov kyvadla nezmenená.

Gyroskop- rotujúce teleso s výrazným momentom zotrvačnosti si zachováva moment hybnosti, ak nedochádza k silným poruchám. Foucault, ktorý bol unavený z vysvetľovania toho, čo sa stalo s Foucaultovým kyvadlom, ktoré nie je na póle, vyvinul ďalšiu demonštráciu: zavesený gyroskop si zachoval svoju orientáciu, čo znamená, že sa pomaly otáčal vzhľadom na pozorovateľa.

Odklon projektilov pri streľbe z pištole.Ďalším pozorovateľným prejavom Coriolisovej sily je vychýlenie dráh projektilov (vpravo na severnej pologuli, vľavo na južnej pologuli) vystrelených v horizontálnom smere. Z hľadiska inerciálnej vzťažnej sústavy je to v prípade projektilov vystreľovaných pozdĺž poludníka v dôsledku závislosti lineárnej rýchlosti rotácie Zeme od zemepisnej šírky: pri pohybe od rovníka k pólu si projektil zachováva horizontálna zložka rýchlosti nezmenená, pričom lineárna rýchlosť rotácie bodov na zemskom povrchu klesá, čo vedie k posunutiu strely z poludníka v smere rotácie Zeme. Ak bol výstrel vystrelený rovnobežne s rovníkom, tak posunutie strely od rovnobežky je spôsobené tým, že dráha strely leží v rovnakej rovine so stredom Zeme, pričom body na zemskom povrchu sa pohybujú v rovina kolmá na os rotácie Zeme. Tento efekt (pre prípad streľby pozdĺž poludníka) predpovedal Grimaldi v 40. rokoch ročníky XVII V. a prvýkrát ju publikoval Riccioli v roku 1651.

Odchýlenie voľne padajúcich telies od vertikály. ( ) Ak má rýchlosť telesa veľkú vertikálnu zložku, Coriolisova sila smeruje na východ, čo vedie k zodpovedajúcej odchýlke trajektórie telesa voľne padajúceho (bez počiatočnej rýchlosti) z vysokej veže. Keď sa uvažuje v inerciálnej referenčnej sústave, účinok sa vysvetľuje skutočnosťou, že horná časť veže sa vzhľadom na stred Zeme pohybuje rýchlejšie ako základňa, vďaka čomu je trajektória telesa úzka parabola. a telo je mierne pred základňou veže.

Eötvösov efekt. V nízkych zemepisných šírkach Coriolisova sila pri pohybe po zemskom povrchu smeruje vo vertikálnom smere a jej pôsobenie vedie k zvýšeniu alebo zníženiu zrýchlenia voľného pádu v závislosti od toho, či sa teleso pohybuje na západ alebo na východ. Tento efekt sa nazýva Eötvösov efekt na počesť maďarského fyzika Loranda Åtvösa, ktorý ho experimentálne objavil na začiatku 20. storočia.

Experimenty využívajúce zákon zachovania momentu hybnosti. Niektoré experimenty sú založené na zákone zachovania hybnosti: v inerciálnej vzťažnej sústave sa hodnota hybnosti (rovnajúca sa súčinu hybnosť zotrvačnosť krát uhlová rýchlosť rotácie) nemení pôsobením vnútorných síl. Ak v niektorých počiatočný moment keď je zariadenie nehybné voči Zemi, potom sa rýchlosť jeho rotácie vzhľadom na inerciálnu referenčnú sústavu rovná uhlovej rýchlosti rotácie Zeme. Ak zmeníte moment zotrvačnosti systému, potom by sa mala zmeniť uhlová rýchlosť jeho rotácie, to znamená, že začne rotácia vzhľadom na Zem. V neinerciálnej vzťažnej sústave spojenej so Zemou dochádza k rotácii v dôsledku pôsobenia Coriolisovej sily. Túto myšlienku navrhol francúzsky vedec Louis Poinsot v roku 1851.

Prvý takýto experiment uskutočnil Hagen v roku 1910: dve závažia na hladkej priečke boli inštalované nehybne vzhľadom na zemský povrch. Potom sa vzdialenosť medzi nákladmi zmenšila. V dôsledku toho sa inštalácia dostala do rotácie. Ešte názornejší pokus urobil nemecký vedec Hans Bucka v roku 1949. Kolmo na pravouhlý rám bola inštalovaná tyč dlhá asi 1,5 metra. Pôvodne bola tyč horizontálna, inštalácia bola stacionárna vzhľadom na Zem. Potom bola tyč uvedená do zvislej polohy, čo viedlo k zmene momentu zotrvačnosti inštalácie asi 10 4 krát a jej rýchlej rotácii s uhlovou rýchlosťou 10 4 krát vyššou ako je rýchlosť rotácie Zeme.

Lievik vo vani.

Keďže Coriolisova sila je veľmi slabá, má zanedbateľný vplyv na smer vírenia vody pri vypúšťaní vody v umývadle alebo vani, takže vo všeobecnosti smer rotácie v lieviku nesúvisí s rotáciou Zeme. Iba v starostlivo kontrolovaných experimentoch je možné oddeliť účinok Coriolisovej sily od iných faktorov: na severnej pologuli bude lievik skrútený proti smeru hodinových ručičiek, na južnej pologuli - naopak.

Účinky Coriolisovej sily: javy v životnom prostredí

Optické experimenty

Množstvo experimentov demonštrujúcich rotáciu Zeme je založených na Sagnacovom efekte: ak sa prstencový interferometer otáča, v dôsledku relativistických efektov sa v prichádzajúcich lúčoch objaví fázový rozdiel.

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

Kde A (\displaystyle A)- oblasť priemetu prstenca na rovníkovú rovinu (rovina kolmá na os rotácie), c (\displaystyle c)- rýchlosť svetla, ω (\displaystyle \omega )- uhlová rýchlosť otáčania. Na demonštráciu rotácie Zeme tento efekt použil americký fyzik Michelson v sérii experimentov uskutočnených v rokoch 1923-1925. Pri moderných experimentoch využívajúcich Sagnacov efekt treba pri kalibrácii prstencových interferometrov brať do úvahy rotáciu Zeme.

Existuje množstvo ďalších experimentálnych demonštrácií dennej rotácie Zeme.

Nerovnomerné otáčanie

Precesia a nutácia

História myšlienky dennej rotácie Zeme

Antika

Vysvetlenie dennej rotácie oblohy rotáciou Zeme okolo svojej osi ako prví navrhli predstavitelia pytagorejskej školy, Syrakúzania Hicket a Ekfant. Podľa niektorých rekonštrukcií si rotáciu Zeme nárokoval aj pytagorejský Philolaos z Krotonu (5. storočie pred n. l.). Výrok, ktorý možno interpretovať ako náznak rotácie Zeme, obsahuje platónsky dialóg Timaeus .

O Gikete a Ekfantovi sa však nevie takmer nič a dokonca sa niekedy spochybňuje aj ich samotná existencia. Podľa názoru väčšiny vedcov sa Zem v systéme sveta Philolaus neotáčala, ale pohybovala sa dopredu okolo Centrálneho ohňa. Vo svojich ďalších spisoch sa Platón riadi tradičným pohľadom na nehybnosť Zeme. Dostali sme však množstvo dôkazov, že myšlienku rotácie Zeme obhajoval filozof Heraklides Pontický (4. storočie pred Kristom). Pravdepodobne ďalší predpoklad Heraklida súvisí s hypotézou rotácie Zeme okolo svojej osi: každá hviezda je svet, ktorý zahŕňa zem, vzduch, éter a to všetko sa nachádza v nekonečnom priestore. Ak je totiž denná rotácia oblohy odrazom rotácie Zeme, potom zaniká predpoklad, že hviezdy sú v rovnakej sfére.

Asi o storočie neskôr sa predpoklad rotácie Zeme stal neoddeliteľnou súčasťou prvého, ktorý navrhol veľký astronóm Aristarchus zo Samosu (3. storočie pred Kristom). Aristarcha podporoval babylonský Seleucus (II. storočie pred nl), ako aj Heraclid Pontic, ktorý považoval vesmír za nekonečný. Skutočnosť, že myšlienka dennej rotácie Zeme mala svojich priaznivcov už v 1. storočí nášho letopočtu. svedčia o tom niektoré výroky filozofov Seneca, Derkillid, astronóm Claudius Ptolemaios. Drvivá väčšina astronómov a filozofov však o nehybnosti Zeme nepochybovala.

Argumenty proti myšlienke pohybu Zeme sa nachádzajú v dielach Aristotela a Ptolemaia. Takže vo svojom pojednaní O Nebi Aristoteles ospravedlňuje nehybnosť Zeme tým, že na rotujúcej Zemi by telesá vrhané zvislo nahor nemohli padnúť do bodu, z ktorého sa ich pohyb začal: povrch Zeme by sa pohyboval pod hodeným telesom. Ďalší argument pre nehybnosť Zeme, ktorý uviedol Aristoteles, je založený na jeho fyzikálnej teórii: Zem je ťažké teleso a ťažké telesá majú tendenciu pohybovať sa smerom k stredu sveta a neotáčať sa okolo neho.

Z diela Ptolemaia vyplýva, že zástancovia hypotézy o rotácii Zeme odpovedali na tieto argumenty, že vzduch aj všetky pozemské objekty sa pohybujú spolu so Zemou. Úloha vzduchu v tomto uvažovaní je zjavne zásadne dôležitá, pretože sa rozumie, že práve jeho pohyb spolu so Zemou skrýva rotáciu našej planéty. Ptolemaios tomu odpovedá slovami, že

telesá vo vzduchu sa budú vždy zdať zaostalé... A ak by sa telesá otáčali spolu so vzduchom ako celok, nezdalo by sa, že by žiadne z nich bolo pred druhým alebo za ním nezaostávalo, ale zostalo by na mieste, v lete a jeho hádzanie by nespôsobilo odchýlky alebo pohyby na iné miesto, aké vidíme na vlastné oči, a vôbec by sa nespomalili ani nezrýchlili, pretože Zem nestojí.

Stredovek

India

Prvý zo stredovekých autorov, ktorý navrhol, aby sa Zem otáčala okolo svojej osi, bol veľký indický astronóm a matematik Aryabhata (koniec V - začiatok VI storočia). Formuluje ho na viacerých miestach svojho pojednania. Ariabhatia, Napríklad:

Tak ako človek na lodi pohybujúcej sa dopredu vidí pevné objekty pohybujúce sa dozadu, tak pozorovateľ... vidí pevné hviezdy pohybujúce sa v priamej línii na západ.

Nie je známe, či táto myšlienka patrí samotnému Aryabhatovi, alebo si ju požičal od starogréckych astronómov.

Aryabhata podporoval iba jeden astronóm, Prthudaka (9. storočie). Väčšina indických vedcov obhajovala nehybnosť Zeme. Astronóm Varahamihira (6. storočie) teda tvrdil, že na rotujúcej Zemi sa vtáky lietajúce vo vzduchu nemôžu vrátiť do svojich hniezd a kamene a stromy budú odlietať z povrchu Zeme. Aj významný astronóm Brahmagupta (6. storočie) zopakoval starý argument, že teleso, ktoré spadne z vysokej hory, môže klesnúť na základňu. Zároveň však odmietol jeden z argumentov Varahamihira: podľa jeho názoru, aj keby sa Zem otáčala, objekty by sa od nej pre svoju gravitáciu nemohli odtrhnúť.

islamský východ

O možnosti rotácie Zeme uvažovali mnohí vedci moslimský východ. Tak slávny geometer al-Sijizi vynašiel astroláb, ktorého princíp fungovania je založený na tomto predpoklade. Niektorí islamskí učenci (ktorých mená sa k nám nedostali) dokonca našli správny spôsob, ako vyvrátiť hlavný argument proti rotácii Zeme: vertikálnosť trajektórií padajúcich telies. V podstate sa zároveň uviedol princíp superpozície pohybov, podľa ktorého je možné akýkoľvek pohyb rozložiť na dve alebo viac zložiek: vzhľadom na povrch rotujúcej Zeme sa padajúce teleso pohybuje po olovnici, klesajúce teleso sa pohybuje po olovnici, v dôsledku čoho sa pohyb zmenšuje. no bod, ktorý je priemetom tejto priamky na povrch Zeme, by sa na ňu preniesol.rotácia. Svedčí o tom známy vedec-encyklopedista al-Biruni, ktorý však sám inklinoval k nehybnosti Zeme. Podľa jeho názoru, ak na padajúce teleso pôsobí nejaká dodatočná sila, tak výsledok jej pôsobenia na rotujúcu Zem povedie k niektorým efektom, ktoré v skutočnosti nie sú pozorované.

Medzi vedcami XIII-XVI storočia, spojenými s observatóriami Maraga a Samarkand, sa rozvinula diskusia o možnosti empirického zdôvodnenia nehybnosti Zeme. Slávny astronóm Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV storočia) teda veril, že nehybnosť Zeme možno overiť experimentom. Na druhej strane zakladateľ observatória Maraga, Nasir ad-Din at-Tusi, veril, že ak sa Zem otáča, potom túto rotáciu oddelí vrstva vzduchu priliehajúca k jej povrchu a všetky pohyby v blízkosti zemského povrchu došlo by presne tak, ako keby bola Zem nehybná. Zdôvodnil to pomocou pozorovaní komét: podľa Aristotela sú kométy meteorologickým javom vo vyšších vrstvách atmosféry; napriek tomu astronomické pozorovania ukazujú, že kométy sa zúčastňujú dennej rotácie nebeskej sféry. V dôsledku toho sú horné vrstvy vzduchu unášané rotáciou oblohy, a preto môžu byť rotáciou Zeme unášané aj spodné vrstvy. Experiment teda nemôže odpovedať na otázku, či sa Zem otáča. Zostal však zástancom nehybnosti Zeme, keďže to bolo v súlade s filozofiou Aristotela.

Väčšina islamských učencov neskoršej doby (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Dzhurjani, al-Birjandi a iní) súhlasila s at-Tusim, že všetky fyzikálne javy na rotujúcej a stacionárnej Zemi budú mať za následok rovnakým spôsobom. Úloha vzduchu sa však v tomto prípade už nepovažovala za zásadnú: nielen vzduch, ale aj všetky predmety sú transportované rotujúcou Zemou. Preto na ospravedlnenie nehybnosti Zeme je potrebné zapojiť učenie Aristotela.

Osobitné postavenie v týchto sporoch zaujal tretí riaditeľ observatória v Samarkande Alauddin Ali al-Kushchi (XV. storočie), ktorý odmietol Aristotelovu filozofiu a považoval rotáciu Zeme za fyzicky možnú. V 17. storočí prišiel k podobnému záveru iránsky teológ a učenec-encyklopedista Baha al-Din al-Amili. Podľa jeho názoru astronómovia a filozofi neposkytli dostatočné dôkazy na vyvrátenie rotácie Zeme.

latinský západ

Podrobná diskusia o možnosti pohybu Zeme je široko obsiahnutá v spisoch parížskych scholastikov Jeana Buridana, Alberta Saského a Nicholasa Orema (druhá polovica 14. storočia). Najdôležitejším argumentom v prospech rotácie Zeme, a nie oblohy, uvedeným v ich dielach, je malosť Zeme v porovnaní s Vesmírom, vďaka čomu sa denná rotácia oblohy Vesmíru pripisuje najvyšší stupeň neprirodzené.

Všetci títo vedci však nakoniec rotáciu Zeme odmietli, aj keď na rôzne dôvody. Albert Saský teda veril, že táto hypotéza nie je schopná vysvetliť pozorované astronomické javy. S tým oprávnene nesúhlasili Buridan a Orem, podľa ktorých by sa nebeské javy mali vyskytovať rovnako bez ohľadu na to, čo robí rotáciu, Zem alebo Kozmos. Buridan našiel jediný významný argument proti rotácii Zeme: šípy vystrelené zvisle nahor padajú po strmej línii, hoci pri rotácii Zeme by podľa neho museli zaostať za pohybom Zeme a klesnúť na západne od bodu výstrelu.

Ale aj tento argument Oresme odmietol. Ak sa Zem otáča, šípka letí kolmo nahor a zároveň sa pohybuje na východ, pričom ju zachytáva vzduch rotujúci so Zemou. Šíp teda musí dopadnúť na to isté miesto, z ktorého bol vystrelený. Aj keď sa tu opäť spomína strhávacia úloha vzduchu, v skutočnosti nehrá zvláštnu úlohu. Ilustruje to nasledujúca analógia:

Podobne, ak by bol vzduch uzavretý v pohybujúcej sa lodi, potom by sa človeku obklopenému týmto vzduchom zdalo, že vzduch sa nehýbe... Ak by bol človek na lodi, ktorá sa pohybovala vysokou rýchlosťou na východ, nevedel by o tomto pohybe a keby natiahol ruku v priamom smere pozdĺž sťažňa lode, zdalo by sa mu, že jeho ruka robí priamočiary pohyb; rovnako sa nám podľa tejto teórie zdá, že to isté sa stane so šípom, keď ho vystrelíme kolmo nahor alebo kolmo nadol. Vnútri lode, ktorá sa pohybuje vysokou rýchlosťou na východ, môžu prebiehať všetky druhy pohybu: pozdĺžny, priečny, dole, hore, všetkými smermi – a zdajú sa byť úplne rovnaké, ako keď loď stojí.

Ďalej Orem uvádza formuláciu, ktorá anticipuje princíp relativity:

Preto som dospel k záveru, že nie je možné akoukoľvek skúsenosťou preukázať, že nebesia majú denný pohyb a že zem nie.

Oresmeov konečný verdikt o možnosti rotácie Zeme bol však negatívny. Základom tohto záveru bol text Biblie:

Zatiaľ však všetci podporujú a verím, že sa hýbe [nebo] a nie Zem, lebo „Boh stvoril kruh Zeme, ktorý sa nebude triasť“, napriek všetkým opačným argumentom.

O možnosti dennej rotácie Zeme sa zmienili aj stredovekí európski vedci a filozofi neskoršej doby, no nepridali žiadne nové argumenty, ktoré neboli obsiahnuté v Buridane a Oreme.

Prakticky nikto zo stredovekých vedcov teda neprijal hypotézu o rotácii Zeme. V priebehu diskusie vedcov z Východu a Západu však zaznelo mnoho hlbokých myšlienok, ktoré potom vedci New Age zopakujú.

Renesancia a moderná doba

V prvej polovici 16. storočia vyšlo niekoľko prác, ktoré tvrdili, že dôvodom dennej rotácie oblohy je rotácia Zeme okolo svojej osi. Jedným z nich bolo pojednanie Taliana Celia Calcagniniho „O tom, že nebo je nehybné a Zem sa otáča, alebo o večnom pohybe Zeme“ (napísané okolo roku 1525, publikované v roku 1544). Na svojich súčasníkov veľký dojem neurobil, keďže v tom čase už vyšla základná práca poľského astronóma Mikuláša Kopernika „O rotáciách nebeských sfér“ (1543), kde bola hypotéza o dennej rotácii Zem sa stala súčasťou heliocentrického systému  sveta, ako Aristarchus Samossky. Kopernik predtým vyjadril svoje myšlienky v malej ručnej eseji. Malý komentár(nie skôr ako v roku 1515). O dva roky skôr ako hlavné dielo Koperníka vyšlo dielo nemeckého astronóma Georg Joachim Rhetika. Prvý príbeh(1541), kde sa s obľubou vykladá Kopernikova teória.

V 16. storočí Koperníka plne podporovali astronómovia Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fyzici Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno, teológ Diego de Zuniga. Niektorí vedci akceptovali rotáciu Zeme okolo svojej osi, odmietajúc jej pohyb dopredu. Toto bolo stanovisko nemeckého astronóma Nicholasa Reimersa, známeho aj ako Ursus, ako aj talianskych filozofov Andrea Cesalpina a Francesca Patriciho. Uhol pohľadu nie je jasný vynikajúci fyzik William Gilbert, ktorý podporoval axiálnu rotáciu Zeme, ale nehovoril o jej translačným pohybe. Začiatkom 17. storočia získal heliocentrický systém sveta (vrátane rotácie Zeme okolo svojej osi) pôsobivú podporu od Galilea Galileiho a Johannesa Keplera. Najvplyvnejšími odporcami myšlienky pohybu Zeme v 16. – začiatkom 17. storočia boli astronómovia Tycho Brage a Christopher Clavius.

Hypotéza rotácie Zeme a vznik klasickej mechaniky

V skutočnosti v XVI-XVII storočí. jediným argumentom v prospech osovej rotácie Zeme bolo, že v tomto prípade netreba hviezdnej sfére pripisovať obrovské rýchlosti rotácie, pretože už v staroveku bolo spoľahlivo preukázané, že veľkosť vesmíru výrazne presahuje veľkosť Zeme (tento argument obsahovali aj Buridan a Orem) .

Proti tejto hypotéze boli vyjadrené argumenty založené na dynamických ideách tej doby. V prvom rade ide o zvislosť dráh padajúcich telies. Objavili sa aj ďalšie argumenty, napríklad rovnaká strelnica na východe a západné smery. V odpovedi na otázku o nepozorovateľnosti účinkov dennej rotácie v pozemských experimentoch Copernicus napísal:

Nerotuje len Zem s vodným živlom, ktorý je s ňou spojený, ale aj značná časť ovzdušia a všetko, čo je akýmkoľvek spôsobom Zeme, alebo už Zemi najbližšie najbližšie, nasýtené zemskou a vodnou hmotou, riadi sa rovnakými prírodnými zákonmi ako Zem, alebo získala pohyb, ktorý jej dáva priľahlá Zem neustálou rotáciou a bez akéhokoľvek odporu

teda hlavna rola v nepozorovateľnosti rotácie Zeme hrá strhávanie vzduchu jej rotáciou. Tento názor zdieľala väčšina Koperníkov v 16. storočí.

Zástancami nekonečnosti Vesmíru boli v 16. storočí aj Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici – všetci podporovali hypotézu rotácie Zeme okolo svojej osi (a prví dvaja aj okolo Slnka). Christoph Rothmann a Galileo Galilei verili, že hviezdy sa nachádzajú v rôznych vzdialenostiach od Zeme, hoci výslovne nehovorili o nekonečnosti vesmíru. Na druhej strane Johannes Kepler popieral nekonečnosť Vesmíru, hoci bol zástancom rotácie Zeme.

Debata o náboženskom kontexte rotácie Zeme

Množstvo námietok proti rotácii Zeme bolo spojených s jej rozpormi s textom. Sväté písmo. Tieto námietky boli dvojakého druhu. Po prvé, niektoré miesta v Biblii boli citované, aby potvrdili, že je to Slnko, ktoré robí každodenný pohyb, napríklad:

Slnko vychádza a slnko zapadá a ponáhľa sa na svoje miesto, kde vychádza.

V tomto prípade bola napadnutá axiálna rotácia Zeme, keďže pohyb Slnka z východu na západ je súčasťou dennej rotácie oblohy. V tejto súvislosti bola často citovaná pasáž z knihy Jozue:

Ježiš volal k Pánovi v deň, keď Pán vydal Amorejčanov do rúk Izraela, keď ich udrel v Gibeone a oni boli bití pred tvárou synov Izraela a povedal pred Izraelitmi: Prestaňte, slnko je nad Gibeonom a mesiac nad údolím Avalonu.

Keďže príkaz na zastavenie dostal Slnko a nie Zem, usúdilo sa z toho, že to bolo Slnko, ktoré robilo každodenný pohyb. Na podporu nehybnosti Zeme boli citované aj iné pasáže, ako napríklad:

Položil si zem pevné základy: nebude sa otriasať na veky vekov.

Tieto pasáže sa považovali v rozpore s predstavou rotácie Zeme okolo svojej osi a rotácie okolo Slnka.

Stúpenci rotácie Zeme (najmä Giordano Bruno, Johann Kepler a najmä Galileo Galilei) sa bránili vo viacerých smeroch. Po prvé, poukázali na to, že Biblia bola napísaná v zrozumiteľnom jazyku Obyčajní ľudia, a keby jej autori dali z vedeckého hľadiska jasné formulácie, nemohla by plniť svoje hlavné, náboženské poslanie. Bruno teda napísal:

V mnohých prípadoch je hlúpe a neúčelné veľa uvažovať podľa pravdy a nie podľa daného prípadu a pohodlnosti. Napríklad, ak namiesto slov: „Slnko sa rodí a vychádza, prechádza cez poludnie a nakláňa sa k Aquilonovi,“ mudrc povedal: „Zem ide v kruhu na východ a opúšťa slnko, ktoré zapadá, nakláňa sa k dva trópy, od Raka na juh, od Kozorožca po Aquilo,“ potom by poslucháči začali premýšľať: „Ako? Hovorí, že Zem sa hýbe? čo je to za novinku? Nakoniec by ho považovali za blázna a on by za blázna naozaj bol.

Odpovede tohto druhu sa dostávali najmä na námietky týkajúce sa denného pohybu Slnka. Po druhé, bolo poznamenané, že niektoré pasáže Biblie by sa mali vykladať alegoricky (pozri článok Biblický alegorizmus). Galileo teda poznamenal, že ak sa Sväté písmo berie úplne doslovne, potom sa ukazuje, že Boh má ruky, podlieha emóciám, ako je hnev atď. Hlavná myšlienka Obhajcovia učenia o pohybe Zeme boli, že veda a náboženstvo majú odlišné ciele: veda zvažuje javy hmotného sveta, vedená argumentmi rozumu, cieľom náboženstva je mravné zlepšenie človeka, jeho spása. Galileo v tejto súvislosti citoval kardinála Baronia, že Biblia učí, ako vystúpiť do neba, a nie ako sú nebesia utvorené.

Tieto argumenty považovala katolícka cirkev za nepresvedčivé a v roku 1616 bola doktrína o rotácii Zeme zakázaná a v roku 1631 bol Galileo za svoju obranu odsúdený inkvizíciou. Mimo Talianska však tento zákaz nemal výraznejší vplyv na rozvoj vedy a prispel najmä k pádu autority samotnej Katolíckej cirkvi.

Treba dodať, že náboženské argumenty proti pohybu Zeme priniesli nielen cirkevní predstavitelia, ale aj vedci (napríklad Tycho Brage). Na druhej strane napísal katolícky mních Paolo Foscarini krátka esej„List o názoroch Pytagorejcov a Koperníka na pohyblivosť Zeme a nehybnosť Slnka a na nový pytagorejský systém vesmíru“ (1615), kde vyjadril úvahy blízke Galileovi a španielskemu teológovi Diegovi de Zuniga dokonca použil koperníkovskú teóriu na interpretáciu určitých pasáží Svätého písma (hoci neskôr zmenil názor). Konflikt medzi teológiou a doktrínou pohybu Zeme teda nebol ani tak konfliktom medzi vedou a náboženstvom ako takým, ale skôr konfliktom medzi starými (začiatkom 17. storočia už zastaranými) a novými metodologickými princípmi. základná veda.

Význam hypotézy rotácie Zeme pre rozvoj vedy

Pochopenie vedeckých problémov, ktoré vyvolala teória rotujúcej Zeme, prispelo k objaveniu zákonov klasickej mechaniky a vytvorenie novej kozmológie, ktorá je založená na myšlienke nekonečnosti vesmíru. Rozpory medzi touto teóriou a doslovným čítaním Biblie, o ktorých sa diskutovalo počas tohto procesu, prispeli k vymedzeniu prírodnej vedy a náboženstva.