Brzina Zemlje oko Sunca je km u sekundi. Osnovna kretanja zemlje

Zemljina orbita je putanja njene rotacije oko Sunca, njen oblik je elipsa, nalazi se u prosjeku na udaljenosti od 150 miliona kilometara od Sunca (maksimalna udaljenost se naziva afel - 152 miliona km, minimalna - perihel , 147 miliona km).

Zemlja obavi punu revoluciju oko Sunca, dugu 940 miliona km, krećući se od zapada prema istoku prosječnom brzinom od 108.000 km/h za 365 dana, 6 sati, 9 minuta i 9 sekundi, ili jednu sideričku godinu.

Kretanje planete u orbiti oko Sunca i ugao nagiba ose rotacije u odnosu na ravan u kojoj se kreću nebeska tela direktno utiču na promenu godišnjih doba i nejednakost dana i noći.

Karakteristike Zemljine rotacije oko Sunca

(Struktura Sunčevog sistema)

U davna vremena, astronomi su vjerovali da se Zemlja nalazi u centru svemira i da se sva nebeska tijela okreću oko nje; ova teorija se zvala geocentrična. To je razotkrio poljski astronom Nikola Kopernik 1534. godine, koji je stvorio heliocentrični model svijeta, koji je dokazao da se Sunce ne može okretati oko Zemlje, ma koliko Ptolomej, Aristotel i njihovi sljedbenici to željeli.

Zemlja se okreće oko Sunca eliptičnom putanjom zvanom orbita, njena dužina je oko 940 miliona km, a planeta pređe ovu udaljenost za 365 dana 6 sati 9 minuta i 9 sekundi. Nakon četiri godine, ovih šest sati se akumuliraju dnevno, dodaju se godini kao još jedan dan (29. februar), takva godina je prijestupna.

(Perihel i afel)

Tokom perioda kretanja duž date putanje, udaljenost od Zemlje do Sunca može biti maksimalna (ovaj fenomen se javlja 3. jula i naziva se afel ili apohelion) - 152 miliona. km ili minimum - 147 miliona. km (javlja se 3. januara, naziva se perihel), ali to nije, kako bi se moglo pogrešno pretpostaviti, posljedica promjene godišnjih doba.

Promjena godišnjih doba

Zbog nagiba Zemljine ose prema ravni orbite oko Sunca na 66,5º, zemljina površina prima nejednaku količinu toplote i svjetlosti, što uzrokuje promjenu godišnjih doba i promjenu trajanja dana i noći.

Bilješka:

• Ugao nagiba zemljine ose u odnosu na os ekliptike = 23,44º stepeni ( nagib Zemljine ose rotacije)
• Ugao nagiba Zemljine ose u odnosu na ravan njene orbite oko Sunca = 66,56º stepeni ( određuje klimatske promjene godišnjih doba tokom cijele godine)

Ekvatorijalni dani i noći su uvijek jednako dugi, traju 12 sati.

Brzina kretanja Zemlje u orbiti

Zemljina revolucija oko Sunca: 365 dana 6 sati 9 minuta i 9 sekundi

Prosječna brzina Zemlje u orbiti oko Sunca: 30 km/s ili 108.000 km/h (to je 1/10000 brzine svjetlosti)

Poređenja radi, prečnik naše planete je 12.700 km, ovom brzinom je moguće preći ovu udaljenost za 7 minuta, a udaljenost od Zemlje do Meseca (384 hiljade km) za četiri sata. Udaljavajući se od Sunca tokom perioda afela, Zemljina brzina se usporava na 29,3 km/s, a tokom perioda perihela ubrzava na 30,3 km/s.

Proljetna i jesenja ravnodnevica

• 20. marta- prolećna ravnodnevica
• 22. septembra- jesenja ravnodnevica
• 21. juna ljetni solsticij
• 22. decembar- zimski solsticij

Mjesta gdje ravan nebeskog ekvatora seče ravan ekliptike označena su proljetnim tačkama ( 20. marta) i jesenje ravnodnevice ( 22. septembra), dani i noći su podjednako dugi, a oblasti hemisfera okrenute prema Suncu su ravnomerno osvetljene i zagrejane, sunčevi zraci padaju na liniju ekvatora pod uglom od 90º. Astronomski početak proljeća i jeseni na odgovarajućim hemisferama izračunava se na osnovu datuma proljetne i jesenje ravnodnevnice.

Tu su i letnje tačke ( 21. juna) i zima ( 22. decembar) solsticija, sunčeve zrake postaju okomite ne na liniju ekvatora, već na južni i sjeverni tropski pojas (južna i sjeverna paralela su 23,5º). Na dan letnjeg solsticija, 21. juna, na severnoj hemisferi, do 66,5 paralela, dan je duži od noći, na južnoj hemisferi noć je duža od dana, ovaj datum je astronomski početak leta u sjevernim geografskim širinama i zimi u južnim geografskim širinama.

22. decembra (dan zimskog solsticija) na južnoj hemisferi do 66,5 paralele dužina dana je duža, na sjevernoj hemisferi do iste paralele je kraća. Datum zimskog solsticija je astronomski početak zime na sjevernoj hemisferi i početak ljeta na južnoj.

Zemlja je stalno u pokretu, rotirajući oko Sunca i oko svoje ose. Ovo kretanje i konstantan nagib Zemljine ose (23,5°) određuju mnoge efekte koje uočavamo kao normalne pojave: noć i dan (zbog rotacije Zemlje oko svoje ose), promjenu godišnjih doba (zbog nagib Zemljine ose) i različitu klimu u različitim područjima. Globusi se mogu rotirati i njihova osa je nagnuta poput Zemljine ose (23,5°), tako da uz pomoć globusa možete prilično precizno pratiti kretanje Zemlje oko svoje ose, a uz pomoć sistema Zemlja-Sunce možete može pratiti kretanje Zemlje oko Sunca.

Rotacija Zemlje oko svoje ose

Zemlja rotira oko svoje ose od zapada prema istoku (u suprotnom smeru od kazaljke na satu kada se gleda sa severnog pola). Zemlji je potrebno 23 sata, 56 minuta i 4,09 sekundi da izvrši jednu punu rotaciju oko svoje ose. Dan i noć uzrokovani su rotacijom Zemlje. Ugaona brzina Zemljine rotacije oko svoje ose, odnosno ugao kroz koji rotira bilo koja tačka na Zemljinoj površini, je isti. Za sat vremena je 15 stepeni. Ali linearna brzina rotacije bilo gdje na ekvatoru je otprilike 1.669 kilometara na sat (464 m/s), opadajući na nulu na polovima. Na primjer, brzina rotacije na geografskoj širini 30° je 1445 km/h (400 m/s).
Rotaciju Zemlje ne primjećujemo iz jednostavnog razloga što se paralelno i istovremeno s nama svi objekti oko nas kreću istom brzinom i nema "relativnih" kretanja objekata oko nas. Ako se, na primjer, brod kreće ravnomjerno, bez ubrzanja i kočenja, kroz more po mirnom vremenu bez valova na površini vode, nećemo uopće osjetiti kako se takav brod kreće ako smo u kabini bez oblačić, budući da će se svi objekti unutar kabine kretati paralelno sa nama i brodom.

Kretanje Zemlje oko Sunca

Dok Zemlja rotira oko svoje ose, ona takođe rotira oko Sunca od zapada ka istoku suprotno od kazaljke na satu kada se posmatra sa severnog pola. Zemlji je potrebna jedna zvezdana godina (oko 365,2564 dana) da izvrši punu revoluciju oko Sunca. Putanja Zemlje oko Sunca naziva se Zemljina orbita a ova orbita nije savršeno okrugla. Prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca je približno 150 miliona kilometara, a ova udaljenost varira do 5 miliona kilometara, formirajući malu ovalnu orbitu (elipsu). Tačka Zemljine orbite najbliža Suncu naziva se perihel. Zemlja prolazi ovu tačku početkom januara. Tačka Zemljine orbite koja je najudaljenija od Sunca naziva se Afel. Zemlja prolazi ovu tačku početkom jula.
Budući da se naša Zemlja kreće oko Sunca eliptičnom putanjom, brzina duž orbite se mijenja. U julu je brzina minimalna (29,27 km/sek) i nakon prolaska afela (gornja crvena tačka u animaciji) počinje da ubrzava, au januaru je maksimalna (30,27 km/sek) i počinje da usporava nakon prolaska perihel (donja crvena tačka).
Dok Zemlja napravi jednu revoluciju oko Sunca, ona pređe udaljenost jednaku 942 miliona kilometara za 365 dana, 6 sati, 9 minuta i 9,5 sekundi, odnosno jurimo zajedno sa Zemljom oko Sunca prosječnom brzinom od 30 km u sekundi (ili 107.460 km na sat), a istovremeno se Zemlja okreće oko svoje ose jednom u 24 sata (365 puta godišnje).
Zapravo, ako savjesnije razmotrimo kretanje Zemlje, ono je mnogo složenije, jer na Zemlju utiču različiti faktori: rotacija Mjeseca oko Zemlje, privlačenje drugih planeta i zvijezda.

Sjedite, stojite ili ležite čitajući ovaj članak i ne osjećate da se Zemlja vrti oko svoje ose vrtoglavom brzinom - otprilike 1.700 km/h na ekvatoru. Međutim, brzina rotacije ne izgleda tako brzo kada se pretvori u km/s. Rezultat je 0,5 km/s - jedva primjetna mrlja na radaru, u poređenju sa drugim brzinama oko nas.

Baš kao i druge planete u Sunčevom sistemu, Zemlja se okreće oko Sunca. A da bi ostao u svojoj orbiti, kreće se brzinom od 30 km/s. Venera i Merkur, koji su bliže Suncu, kreću se brže, Mars, čija orbita prolazi iza Zemljine orbite, kreće se mnogo sporije.

Ali ni Sunce ne stoji na jednom mestu. Naša galaksija Mliječni put je ogromna, masivna i također pokretna! Sve zvijezde, planete, oblaci plina, čestice prašine, crne rupe, tamna materija - sve se to kreće u odnosu na zajednički centar mase.

Prema naučnicima, Sunce se nalazi na udaljenosti od 25.000 svjetlosnih godina od centra naše galaksije i kreće se po eliptičnoj orbiti, praveći punu revoluciju svakih 220-250 miliona godina. Ispostavilo se da je brzina Sunca oko 200-220 km/s, što je stotine puta veće od brzine Zemlje oko svoje ose i desetine puta veće od brzine njenog kretanja oko Sunca. Ovako izgleda kretanje našeg Sunčevog sistema.

Da li je galaksija stacionarna? Ne opet. Divovski svemirski objekti imaju veliku masu i stoga stvaraju jaka gravitacijska polja. Dajte Univerzumu malo vremena (a mi ga imamo oko 13,8 milijardi godina) i sve će početi da se kreće u pravcu najveće gravitacije. Zato Univerzum nije homogen, već se sastoji od galaksija i grupa galaksija.

Šta ovo znači za nas?

To znači da Mliječni put prema njemu vuku druge galaksije i grupe galaksija koje se nalaze u blizini. To znači da masivni objekti dominiraju procesom. A to znači da ne samo naša galaksija, već i svi oko nas pod utjecajem ovih „traktora“. Sve smo bliže razumijevanju onoga što nam se događa u svemiru, ali još uvijek nam nedostaju činjenice, na primjer:

• koji su bili početni uslovi pod kojima je Univerzum nastao;
• kako se različite mase u galaksiji kreću i mijenjaju tokom vremena;
• kako su nastali Mliječni put i okolne galaksije i jata;
• i kako se to sada dešava.

Međutim, postoji trik koji će nam pomoći da to shvatimo.

Univerzum je ispunjen reliktnim zračenjem sa temperaturom od 2,725 K, koje je sačuvano od Velikog praska. Tu i tamo ima sitnih odstupanja - oko 100 μK, ali je ukupna temperaturna pozadina konstantna.

To je zato što je Univerzum nastao Velikim praskom prije 13,8 milijardi godina i još uvijek se širi i hladi.

380.000 godina nakon Velikog praska, Univerzum se ohladio na takvu temperaturu da je formiranje atoma vodonika postalo moguće. Prije toga, fotoni su stalno bili u interakciji s drugim česticama plazme: sudarali su se s njima i razmjenjivali energiju. Kako se svemir hladio, bilo je manje nabijenih čestica i više prostora između njih. Fotoni su se mogli slobodno kretati u svemiru. CMB zračenje su fotoni koje je plazma emitovala prema budućoj lokaciji Zemlje, ali su izbjegli raspršivanje jer je rekombinacija već počela. Do Zemlje stižu kroz svemirski prostor, koji se nastavlja širiti.

Ovo zračenje možete i sami "vidjeti". Smetnje koje se javljaju na praznom TV kanalu ako koristite jednostavnu antenu koja izgleda kao zečje uši je 1% uzrokovana CMB.

Ipak, temperatura reliktne pozadine nije ista u svim pravcima. Prema rezultatima istraživanja Planck misije, temperatura se neznatno razlikuje na suprotnim hemisferama nebeske sfere: nešto je viša na dijelovima neba južno od ekliptike - oko 2,728 K, a niža u drugoj polovini - oko 2.722 K.

Ova razlika je skoro 100 puta veća od drugih uočenih temperaturnih varijacija u CMB-u i obmanjuje. Zašto se ovo dešava? Odgovor je očigledan – ova razlika nije zbog fluktuacija u kosmičkom mikrotalasnom pozadinskom zračenju, već se pojavljuje zato što postoji kretanje!

Kada se približite izvoru svjetlosti ili vam se on približi, spektralne linije u spektru izvora pomiču se prema kratkim valovima (ljubičasti pomak), kada se udaljite od njega ili se on udalji od vas, spektralne linije se pomiču prema dugim valovima (crveni pomak ).

CMB zračenje ne može biti više ili manje energično, što znači da se krećemo kroz svemir. Doplerov efekat pomaže da se utvrdi da se naš Sunčev sistem kreće u odnosu na CMB brzinom od 368 ± 2 km/s, a lokalna grupa galaksija, uključujući Mlečni put, Andromedinu galaksiju i galaksiju Trougao, kreće se brzinom brzina od 627 ± 22 km/s u odnosu na CMB. To su takozvane posebne brzine galaksija koje iznose nekoliko stotina km/s. Osim njih, postoje i kosmološke brzine zbog širenja Univerzuma i izračunate prema Hubbleovom zakonu.

Zahvaljujući rezidualnom zračenju iz Velikog praska, možemo primijetiti da se sve u svemiru neprestano kreće i mijenja. A naša galaksija je samo dio ovog procesa.

Zemlja je stalno u pokretu: rotira oko svoje ose i oko Sunca. Zahvaljujući tome dolazi do promjene dana i noći na Zemlji, kao i do promjene godišnjih doba. Razgovarajmo detaljnije o brzini kojom se Zemlja kreće oko svoje ose i brzini Zemlje oko Sunca.

Kojom brzinom se Zemlja okreće?

Za 23 sata, 56 minuta i 4 sekunde naša planeta napravi punu revoluciju oko svoje ose, zbog čega se ova rotacija naziva dnevna. Svi znaju da tokom određenog vremenskog perioda na Zemlji dan ima vremena da ustupi mjesto noći.

Na ekvatoru najveća brzina rotacije je 1670 km/h. Ali ova brzina se ne može nazvati konstantnom, jer varira na različitim mjestima na planeti. Na primjer, brzina je najniža na sjevernom i južnom polu - može pasti na nulu.

Brzina Zemljine rotacije oko Sunca je približno 108.000 km/h ili 30 km/s. U svojoj orbiti oko Sunca, naša planeta putuje 150 ml. km. Naša planeta napravi punu revoluciju oko zvijezde za 365 dana, 5 sati, 48 minuta, 46 sekundi, tako da je svaka četvrta godina prijestupna, odnosno jedan dan duža.

Brzina Zemlje se smatra relativnom vrednošću: može se izračunati samo u odnosu na Sunce, sopstvenu osu i Mlečni put. Nestabilan je i ima tendenciju da se promeni u odnosu na drugi kosmički objekat.

Zanimljiva je činjenica da se dužina dana u aprilu i novembru razlikuje od standardne za 0,001 s.

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

• Avion koji leti ovom brzinom od istoka ka zapadu (na visini od 12 km: 936 km/h na geografskoj širini Moskve, 837 km/h na geografskoj širini Sankt Peterburga) mirovaće u inercijskom referentnom sistemu.
• Superpozicija rotacije Zemlje oko svoje ose sa periodom od jednog sideralnog dana i oko Sunca sa periodom od jedne godine dovodi do nejednakosti solarnog i sideralnog dana: dužina prosečnog sunčevog dana je tačno 24 sata, što je 3 minuta i 56 sekundi duže od zvezdanog dana.

Fizičko značenje i eksperimentalna potvrda

Fizičko značenje Zemljine rotacije oko svoje ose

Budući da je svako kretanje relativno, potrebno je naznačiti određeni referentni sistem u odnosu na koji se proučava kretanje određenog tijela. Kada kažu da se Zemlja rotira oko imaginarne ose, misli se da ona vrši rotaciono kretanje u odnosu na bilo koji inercijski referentni okvir, a period ove rotacije jednak je sideralnom danu - periodu potpune revolucije Zemlje ( nebeska sfera) u odnosu na nebesku sferu (Zemlju).

Svi eksperimentalni dokazi o rotaciji Zemlje oko svoje ose svode se na dokaz da je referentni sistem povezan sa Zemljom neinercijalni referentni sistem posebnog tipa – referentni sistem koji vrši rotaciono kretanje u odnosu na inercijalne referentne sisteme.

Za razliku od inercijalnog kretanja (tj. ravnomjernog pravolinijskog kretanja u odnosu na inercijalne referentne okvire), za otkrivanje neinercijalnog kretanja zatvorene laboratorije nije potrebno vršiti zapažanja vanjskih tijela - takvo kretanje se detektira pomoću lokalnih eksperimenata (tj. eksperimenti izvedeni u ovom laboratoriju). U tom smislu riječi, neinercijalno kretanje, uključujući i rotaciju Zemlje oko svoje ose, može se nazvati apsolutnim.

Inercijske sile

Efekti centrifugalne sile

Ovisnost ubrzanja slobodnog pada o geografskoj širini. Eksperimenti pokazuju da ubrzanje slobodnog pada zavisi od geografske širine: što je bliže polu, to je veće. To se objašnjava djelovanjem centrifugalne sile. Prvo, tačke na zemljinoj površini koje se nalaze na višim geografskim širinama su bliže osi rotacije i, stoga, kada se približavaju polu, udaljenost r (\displaystyle r) opada od ose rotacije, dostižući nulu na polu. Drugo, s povećanjem geografske širine, kut između vektora centrifugalne sile i ravnine horizonta opada, što dovodi do smanjenja vertikalne komponente centrifugalne sile.

Ovaj fenomen je otkriven 1672. godine, kada je francuski astronom Jean Richet, dok je bio na ekspediciji u Africi, otkrio da sat klatna na ekvatoru teče sporije nego u Parizu. Njutn je to ubrzo objasnio rekavši da je period oscilovanja klatna obrnuto proporcionalan kvadratnom korenu ubrzanja usled gravitacije, koje se na ekvatoru smanjuje usled delovanja centrifugalne sile.

Oblatnost Zemlje. Utjecaj centrifugalne sile dovodi do spljoštenosti Zemlje na polovima. Ovu pojavu, koju su predvidjeli Hajgens i Njutn krajem 17. veka, prvi je otkrio Pierre de Maupertuis kasnih 1730-ih kao rezultat obrade podataka dve francuske ekspedicije posebno opremljene za rešavanje ovog problema u Peruu (predvođenih Pjerom Bougerom). i Charles de la Condamine) i Laponija (pod vodstvom Alexisa Clairauta i samog Maupertuisa).

Efekti Coriolisove sile: laboratorijski eksperimenti

Ovaj efekat bi trebalo najjasnije da bude izražen na polovima, gde je period potpune rotacije ravni klatna jednak periodu rotacije Zemlje oko svoje ose (sideralni dan). Općenito, period je obrnuto proporcionalan sinusu geografske širine; na ekvatoru je ravnina oscilacije klatna nepromijenjena.

Žiroskop- rotirajuće tijelo sa značajnim momentom inercije zadržava svoj ugaoni moment ako nema jakih poremećaja. Foucault, koji je bio umoran od objašnjavanja šta se dešava sa Foucaultovim klatnom koji nije na polu, razvio je još jednu demonstraciju: viseći žiroskop je zadržao svoju orijentaciju, što znači da se polako okretao u odnosu na posmatrača.

Skretanje projektila tokom gađanja. Još jedna vidljiva manifestacija Coriolisove sile je skretanje putanja projektila (udesno na sjevernoj hemisferi, ulijevo na južnoj hemisferi) ispaljenih u horizontalnom smjeru. Sa stanovišta inercijalnog referentnog sistema, za projektile ispaljene duž meridijana, to je zbog zavisnosti linearne brzine rotacije Zemlje od geografske širine: kada se kreće od ekvatora do pola, projektil zadržava horizontalna komponenta brzine je nepromijenjena, dok se linearna brzina rotacije tačaka na zemljinoj površini smanjuje, što dovodi do pomjeranja projektila sa meridijana u smjeru Zemljine rotacije. Ako je hitac ispaljen paralelno s ekvatorom, onda je pomak projektila iz paralele posljedica činjenice da trajektorija projektila leži u istoj ravni sa centrom Zemlje, dok se tačke na zemljinoj površini kreću u ravni okomitoj na Zemljinu os rotacije. Ovaj efekat (za slučaj pucanja duž meridijana) je predvidio Grimaldi 40-ih godina 17. veka. a prvi put je objavio Riccioli 1651.

Odstupanje tijela koja slobodno padaju od vertikale. ( ) Ako brzina tijela ima veliku vertikalnu komponentu, Coriolisova sila je usmjerena na istok, što dovodi do odgovarajućeg odstupanja putanje tijela koje slobodno pada (bez početne brzine) sa visokog tornja. Kada se posmatra u inercijskom referentnom okviru, efekat se objašnjava činjenicom da se vrh tornja u odnosu na središte Zemlje kreće brže od osnove, zbog čega se putanja tijela ispostavlja kao uska parabola i tijelo je malo ispred osnove tornja.

Eötvösov efekat. Na niskim geografskim širinama, Coriolisova sila je, kada se kreće duž zemljine površine, usmjerena u vertikalnom smjeru i njeno djelovanje dovodi do povećanja ili smanjenja ubrzanja gravitacije, ovisno o tome da li se tijelo kreće na zapad ili istok. Ovaj efekat se naziva Eötvösov efekat u čast mađarskog fizičara Loránda Eötvösa, koji ga je eksperimentalno otkrio početkom 20. stoljeća.

Eksperimenti koristeći zakon održanja ugaonog momenta. Neki eksperimenti se zasnivaju na zakonu održanja ugaonog momenta: u inercijskom referentnom okviru, veličina ugaonog momenta (jednaka proizvodu momenta inercije i ugaone brzine rotacije) se ne menja pod uticajem unutrašnjih sila. . Ako u nekom početnom trenutku instalacija miruje u odnosu na Zemlju, tada je brzina njene rotacije u odnosu na inercijski referentni sistem jednaka ugaonoj brzini rotacije Zemlje. Ako promijenite moment inercije sistema, tada bi se trebala promijeniti kutna brzina njegove rotacije, odnosno početi rotacija u odnosu na Zemlju. U neinercijskom referentnom okviru povezanom sa Zemljom, rotacija se javlja kao rezultat Coriolisove sile. Ovu ideju predložio je francuski naučnik Louis Poinsot 1851. godine.

Prvi takav eksperiment izveo je Hagen 1910. godine: dva utega na glatkoj prečki postavljena su nepomično u odnosu na površinu Zemlje. Tada je razmak između tereta smanjen. Kao rezultat toga, instalacija se počela okretati. Još pokazniji eksperiment izveo je njemački naučnik Hans Bucka 1949. godine. Štap dugačak oko 1,5 metara postavljen je okomito na pravougaoni okvir. U početku je štap bio horizontalan, instalacija je bila nepomična u odnosu na Zemlju. Zatim je štap doveden u vertikalni položaj, što je dovelo do promjene momenta inercije instalacije za približno 10 4 puta i do njene brze rotacije sa ugaonom brzinom 10 4 puta većom od brzine rotacije Zemlje.

Lijevak u kadi.

Pošto je Coriolisova sila vrlo slaba, ona ima zanemariv uticaj na smjer vrtloga vode pri ispuštanju lavaboa ili kade, tako da općenito smjer rotacije u lijevu nije povezan sa rotacijom Zemlje. Samo u pažljivo kontrolisanim eksperimentima se efekat Coriolisove sile može odvojiti od drugih faktora: na severnoj hemisferi levak će se okretati suprotno od kazaljke na satu, na južnoj hemisferi - obrnuto.

Efekti Coriolisove sile: pojave u okolnoj prirodi

Optički eksperimenti

Brojni eksperimenti koji demonstriraju rotaciju Zemlje temelje se na Sagnacovom efektu: ako prstenasti interferometar izvodi rotacijsko kretanje, tada se zbog relativističkih efekata javlja fazna razlika u protupropagirajućim snopovima.

Gdje A (\displaystyle A)- područje projekcije prstena na ekvatorijalnu ravan (ravninu okomitu na os rotacije), c (\displaystyle c)- brzina svetlosti, ω (\displaystyle \omega )- ugaona brzina rotacije. Da bi demonstrirao rotaciju Zemlje, ovaj efekat je koristio američki fizičar Michelson u nizu eksperimenata izvedenih 1923-1925. U modernim eksperimentima koji koriste Sagnac efekat, rotacija Zemlje se mora uzeti u obzir da bi se kalibrirali prstenasti interferometri.

Postoji niz drugih eksperimentalnih demonstracija dnevne rotacije Zemlje.

Neravnomjerna rotacija

Precesija i nutacija

Istorija ideje dnevne rotacije Zemlje

Antika

Objašnjenje dnevne rotacije neba rotacijom Zemlje oko svoje ose prvi su predložili predstavnici pitagorejske škole, Sirakužani Hicetus i Ecphantus. Prema nekim rekonstrukcijama, rotaciju Zemlje je potvrdio i pitagorejac Filolaj iz Krotona (5. vek pne.). Izjava koja se može protumačiti kao indikacija rotacije Zemlje sadržana je u Platonovom dijalogu Timeeus .

Međutim, o Hiceti i Ecphantesu se gotovo ništa ne zna, pa se čak i samo njihovo postojanje ponekad dovodi u pitanje. Prema mišljenju većine naučnika, Zemlja u Filolausovom svjetskom sistemu nije izvršila rotacijsko, već translacijsko kretanje oko Centralne vatre. U svojim drugim djelima, Platon slijedi tradicionalni stav da je Zemlja nepokretna. Međutim, do nas su stigli brojni dokazi da je ideju o rotaciji Zemlje branio filozof Heraklid iz Ponta (IV vijek prije nove ere). Vjerovatno je još jedna Heraklidova pretpostavka povezana s hipotezom o Zemljinoj rotaciji oko svoje ose: svaka zvijezda predstavlja svijet, uključujući zemlju, zrak, etar, a sve se to nalazi u beskonačnom prostoru. Zaista, ako je dnevna rotacija neba odraz rotacije Zemlje, onda nestaje preduvjet da se zvijezde smatraju na istoj sferi.

Otprilike vek kasnije, pretpostavka o rotaciji Zemlje postala je deo prve, koju je predložio veliki astronom Aristarh sa Samosa (3. vek pre nove ere). Aristarha su podržavali vavilonski Seleuk (2. vek pre nove ere), kao i Heraklidi sa Ponta, koji su smatrali da je Univerzum beskonačan. Činjenica da je ideja o dnevnoj rotaciji Zemlje imala svoje pristalice još u 1. veku nove ere. e., o čemu svjedoče neke izjave filozofa Seneke, Dercillidasa i astronoma Klaudija Ptolomeja. Ogromna većina astronoma i filozofa, međutim, nije sumnjala u nepokretnost Zemlje.

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

Iz Ptolomejevog djela slijedi da su pristalice hipoteze o rotaciji Zemlje odgovorile na ove argumente da se i zrak i svi zemaljski objekti kreću zajedno sa Zemljom. Očigledno je uloga zraka u ovom argumentu fundamentalno važna, jer se podrazumijeva da je njegovo kretanje zajedno sa Zemljom ono što krije rotaciju naše planete. Ptolomej prigovara tome:

tela u vazduhu će uvek izgledati kao da zaostaju... A kada bi se tela rotirala sa vazduhom kao jedna celina, onda nijedno od njih ne bi izgledalo ni ispred ni iza drugog, već bi ostalo na mestu, u letu i bacanju ne bi pravio devijacije ili pokrete ka drugom mestu, poput onih koje lično vidimo da se dešavaju, i uopšte ne bi usporavali ili ubrzavali, jer Zemlja nije nepokretna.

Srednje godine

Indija

Prvi srednjovjekovni autor koji je sugerirao da se Zemlja rotira oko svoje ose bio je veliki indijski astronom i matematičar Aryabhata (kraj 5. - početak 6. stoljeća). On to formuliše na nekoliko mesta u svojoj raspravi Aryabhatiya, Na primjer:

Kao što čovjek na brodu koji se kreće naprijed vidi nepokretne objekte koji se kreću unazad, tako i posmatrač... vidi nepokretne zvijezde koje se kreću pravolinijski prema zapadu.

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

Aryabhatu je podržavao samo jedan astronom, Prthudaka (9. vek). Većina indijskih naučnika branila je nepokretnost Zemlje. Tako je astronom Varahamihira (6. vek) tvrdio da na Zemlji koja se rotira, ptice koje lete u vazduhu ne mogu da se vrate u svoja gnezda, a kamenje i drveće će leteti sa površine Zemlje. Izvanredni astronom Brahmagupta (6. vek) je takođe ponovio stari argument da telo koje je palo sa visoke planine može da potone u svoje podnožje. Istovremeno, on je, međutim, odbacio jedan od Varahamihirinih argumenata: po njegovom mišljenju, čak i kada bi se Zemlja rotirala, objekti se zbog svoje gravitacije ne bi mogli odvojiti od nje.

Islamski Istok

Mogućnost rotacije Zemlje razmatrali su mnogi naučnici muslimanskog istoka. Tako je poznati geometar al-Sijizi izmislio astrolab, čiji se princip rada zasniva na ovoj pretpostavci. Neki islamski učenjaci (čija imena nisu stigla do nas) čak su pronašli ispravan način da opovrgnu glavni argument protiv rotacije Zemlje: vertikalnost putanja padajućih tijela. U suštini, predložen je princip superpozicije kretanja prema kojem se svako kretanje može razložiti na dvije ili više komponenti: u odnosu na površinu rotirajuće Zemlje, tijelo koje pada giba se duž viska, ali tačka koja je projekcija ove linije na površinu Zemlje bi se prenijela njenom rotacijom. O tome svjedoči poznati enciklopedist al-Biruni, koji je i sam, međutim, bio sklon nepokretnosti Zemlje. Po njegovom mišljenju, ako neka dodatna sila djeluje na tijelo koje pada, onda će rezultat njenog djelovanja na rotirajuću Zemlju dovesti do nekih efekata koji se zapravo ne primjećuju.

Među naučnicima 13.-16. stoljeća povezanim s opservatorijama Maraha i Samarkand, pokrenula se rasprava o mogućnosti empirijskog potvrđivanja nepokretnosti Zemlje. Tako je poznati astronom Qutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV vijek) vjerovao da se nepokretnost Zemlje može provjeriti eksperimentom. S druge strane, osnivač opservatorije Maragha, Nasir ad-Din al-Tusi, vjerovao je da ako se Zemlja rotira, onda će ova rotacija biti podijeljena slojem zraka koji se nalazi uz njenu površinu, a sva kretanja blizu površine Zemlja bi se pojavila potpuno isto kao da je Zemlja nepomična. On je to potkrijepio uz pomoć zapažanja kometa: prema Aristotelu, komete su meteorološki fenomen u gornjim slojevima atmosfere; međutim, astronomska posmatranja pokazuju da komete učestvuju u dnevnoj rotaciji nebeske sfere. Posljedično, gornji slojevi zraka se odnose rotacijom neba, pa se donji slojevi također mogu odnijeti rotacijom Zemlje. Dakle, eksperiment ne može odgovoriti na pitanje da li se Zemlja rotira. Međutim, on je ostao pristalica nepokretnosti Zemlje, jer je to bilo u skladu sa Aristotelovom filozofijom.

Većina islamskih učenjaka kasnijih vremena (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi i drugi) složili su se sa al-Tusijem da će se sve fizičke pojave na rotirajućoj i stacionarnoj Zemlji dešavati na isti način . Međutim, uloga zraka više se nije smatrala osnovnom: ne samo zrak, već i svi objekti se prenose rotirajućom zemljom. Shodno tome, da bi se opravdala nepokretnost Zemlje, potrebno je uključiti Aristotelovo učenje.

Poseban stav u ovim sporovima zauzeo je treći direktor Samarkandske opservatorije, Alauddin Ali al-Kushchi (XV vek), koji je odbacio Aristotelovu filozofiju i smatrao da je rotacija Zemlje fizički moguća. U 17. veku, iranski teolog i enciklopedista Baha ad-Din al-Amili došao je do sličnog zaključka. Po njegovom mišljenju, astronomi i filozofi nisu pružili dovoljno dokaza da opovrgnu rotaciju Zemlje.

Latinski Zapad

Detaljna rasprava o mogućnosti kretanja Zemlje naširoko je sadržana u spisima pariskih skolastika Jean-Buridana, Alberta Saksonskog i Nikole od Oresmea (druga polovina 14. stoljeća). Najvažniji argument u korist rotacije Zemlje, a ne neba, naveden u njihovim radovima, je malenost Zemlje u poređenju sa Univerzumom, što čini pripisivanje dnevne rotacije neba Univerzumu krajnje neprirodnim.

Međutim, svi ovi naučnici su na kraju odbacili rotaciju Zemlje, iako na različitim osnovama. Tako je Albert Saksonski vjerovao da ova hipoteza nije u stanju objasniti promatrane astronomske pojave. S tim se s pravom nisu složili Buridan i Oresme, prema kojima bi se nebeske pojave trebale dešavati na isti način bez obzira da li rotaciju vrši Zemlja ili Kosmos. Buridan je uspio pronaći samo jedan značajan argument protiv rotacije Zemlje: strijele ispaljene okomito nagore padaju niz vertikalnu liniju, iako bi s rotacijom Zemlje, po njegovom mišljenju, trebale zaostajati za kretanjem Zemlje i pasti na zapad. od tačke udarca.

Ali čak i ovaj argument je Oresme odbacio. Ako se Zemlja rotira, onda strelica leti okomito prema gore i istovremeno se pomiče na istok, zarobljena od zraka koji rotira sa Zemljom. Dakle, strijela bi trebala pasti na isto mjesto odakle je ispaljena. Iako se ovdje ponovo spominje zanosna uloga zraka, on zapravo i ne igra posebnu ulogu. O tome govori sledeća analogija:

Isto tako, kada bi se vazduh zatvorio u brodu u pokretu, onda bi osobi koja je okružena ovim vazduhom izgledalo da se vazduh ne kreće... Ako je čovek u brodu koji se kreće velikom brzinom prema istoku, nesvestan toga pokret, a ako bi pružio ruku u pravoj liniji duž jarbola broda, činilo bi mu se da mu ruka pravi pravolinijski pokret; na isti način, prema ovoj teoriji, čini nam se da se ista stvar dešava sa strelicom kada je ispalimo okomito gore ili vertikalno dole. Unutar broda koji se kreće velikom brzinom prema istoku, mogu se dogoditi sve vrste kretanja: uzdužno, poprečno, dolje, gore, u svim smjerovima - i izgledaju potpuno isto kao kada brod miruje.

Zatim, Oresme daje formulaciju koja anticipira princip relativnosti:

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

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

Međutim, za sada svi podržavaju i vjerujem da se kreće [Nebo] a ne Zemlja, jer je „Bog napravio krug od Zemlje, koji se neće pomjeriti“, uprkos svim argumentima koji govore suprotno.

Mogućnost dnevne rotacije Zemlje spominjali su i srednjovjekovni evropski naučnici i filozofi kasnijih vremena, ali nisu dodani novi argumenti koji nisu sadržani u Buridanu i Oresmeu.

Tako skoro niko od srednjovekovnih naučnika nije prihvatio hipotezu o rotaciji Zemlje. Međutim, tokom njegove rasprave, naučnici Istoka i Zapada izneli su mnoge duboke misli, koje će kasnije ponoviti naučnici Novog doba.

Renesansa i moderno doba

U prvoj polovini 16. stoljeća objavljeno je nekoliko radova koji su tvrdili da je uzrok svakodnevnog okretanja neba rotacija Zemlje oko svoje ose. Jedna od njih bila je rasprava Italijana Celija Calcagninija „O tome da je nebo nepomično i da se Zemlja rotira, ili o neprestanom kretanju Zemlje“ (napisana oko 1525., objavljena 1544.). Nije ostavio veliki utisak na svoje savremenike, jer je do tada već objavljeno temeljno delo poljskog astronoma Nikole Kopernika „O rotacijama nebeskih sfera“ (1543), gde je postavljena hipoteza o dnevnoj rotaciji Zemlja je postala dio heliocentričnog sistema svijeta, poput Aristarha sa Samosa. Kopernik je ranije izložio svoje misli u malom rukom pisanom eseju Mali komentar(ne ranije od 1515. godine). Dvije godine prije glavnog Kopernikovog djela, objavljeno je djelo njemačkog astronoma Georga Joachima Rheticusa Prva naracija(1541), gdje je Kopernikova teorija popularno izlagana.

U 16. veku, Kopernika su u potpunosti podržavali astronomi Tomas Diges, Retikus, Kristof Rotman, Majkl Möstlin, fizičari Đambatista Benedeti, Simon Stevin, filozof Đordano Bruno i teolog Dijego de Zuniga. Neki naučnici su prihvatili rotaciju Zemlje oko svoje ose, odbacujući njeno translatorno kretanje. To je bio stav njemačkog astronoma Nikolasa Reimersa, poznatog i kao Ursus, kao i talijanskih filozofa Andrea Cesalpino i Francesco Patrizi. Tačka gledišta izvanrednog fizičara Williama Hilberta, koji je podržavao aksijalnu rotaciju Zemlje, ali nije govorio o njenom translacijskom kretanju, nije sasvim jasno. Početkom 17. veka, heliocentrični sistem sveta (uključujući rotaciju Zemlje oko svoje ose) dobio je impresivnu podršku od Galilea Galileja i Johanesa Keplera. Najutjecajniji protivnici ideje o kretanju Zemlje u 16. i ranom 17. stoljeću bili su astronomi Tycho Brahe i Christopher Clavius.

Hipoteza o rotaciji Zemlje i nastanku klasične mehanike

U suštini, u XVI-XVII vijeku. jedini argument u prilog aksijalnoj rotaciji Zemlje bio je da u ovom slučaju nema potrebe pripisivati ​​ogromne brzine rotacije zvjezdanoj sferi, jer je još u antici već pouzdano utvrđeno da veličina Univerzuma znatno premašuje veličinu Zemlje (ovaj argument je takođe sadržan u Buridan i Oresme).

Protiv ove hipoteze iznesena su razmatranja zasnovana na dinamičkim konceptima tog vremena. Prije svega, ovo je vertikalnost putanja padajućih tijela. Pojavili su se i drugi argumenti, na primjer, jednak domet gađanja u istočnom i zapadnom smjeru. Odgovarajući na pitanje o neuočljivosti efekata dnevne rotacije u zemaljskim eksperimentima, Kopernik je napisao:

Ne samo da se Zemlja okreće sa elementom vode koji je sa njom povezan, već slijedi i znatan dio zraka i svega što je na bilo koji način srodno Zemlji, ili Zemlji najbliži zrak, zasićen zemaljskom i vodenom materijom. iste zakone prirode kao i Zemlja, ili je stekla kretanje, koje joj prenosi susjedna Zemlja u stalnoj rotaciji i bez ikakvog otpora

Dakle, glavnu ulogu u neuočljivosti Zemljine rotacije igra zauzimanje vazduha njenom rotacijom. Većina Kopernikanaca u 16. veku deli isto mišljenje.

Zagovornici beskonačnosti Univerzuma u 16. veku bili su i Tomas Diges, Đordano Bruno, Frančesko Patrizi – svi su podržavali hipotezu da se Zemlja rotira oko svoje ose (a prva dva i oko Sunca). Christoph Rothmann i Galileo Galilei vjerovali su da se zvijezde nalaze na različitim udaljenostima od Zemlje, iako nisu eksplicitno govorili o beskonačnosti Univerzuma. S druge strane, Johanes Kepler je negirao beskonačnost Univerzuma, iako je bio pristalica rotacije Zemlje.

Religijski kontekst za debatu o Zemljinoj rotaciji

Brojni prigovori na rotaciju Zemlje bili su povezani sa njenim kontradiktornostima sa tekstom Svetog pisma. Ovi prigovori su bili dvije vrste. Prvo, neka mjesta u Bibliji su citirana kako bi se potvrdilo da je Sunce ono koje čini svakodnevno kretanje, na primjer:

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

U ovom slučaju je pogođena aksijalna rotacija Zemlje, jer je kretanje Sunca od istoka prema zapadu dio dnevne rotacije neba. S tim u vezi često je citiran odlomak iz knjige Isusa Navina:

Isus je zavapio Gospodu onog dana kada je Gospod predao Amoreje u ruke Izraela, kada ih je pobedio u Gibeonu, i bili su potučeni pred sinovima Izraelovim, i rekao je pred Izraelcima: Stani, sunce, nad Gibeonom , i mjesec, iznad doline Avalon. !

Pošto je naredba za zaustavljanje data Suncu, a ne Zemlji, zaključeno je da je Sunce ono koje je izvršilo dnevno kretanje. Drugi odlomci su citirani da podržavaju nepokretnost Zemlje, na primjer:

Postavio si zemlju na čvrste temelje: neće se pokolebati u vijeke vjekova.

Smatralo se da su ovi odlomci u suprotnosti i sa stavom da se Zemlja rotira oko svoje ose i sa revolucijom oko Sunca.

Zagovornici rotacije Zemlje (posebno Giordano-Bruno, Johannes-Kepler, a posebno Galileo-Galilei) zagovarali su na nekoliko frontova. Prvo su istakli da je Biblija napisana jezikom razumljivim običnim ljudima, a ako bi njeni autori pružili naučno jasan jezik, ne bi mogla ispuniti svoju glavnu, vjersku misiju. Tako je Bruno napisao:

U mnogim slučajevima je glupo i nepreporučljivo mnogo zaključivati ​​na osnovu istine, a ne na osnovu datog slučaja i pogodnosti. Na primjer, ako umjesto riječi: „Sunce se rađa i izlazi, prolazi kroz podne i naginje se prema Akvilonu“, mudrac je rekao: „Zemlja ide u krug prema istoku i, napuštajući sunce koje zalazi, naginje se prema dva tropa, od Raka do juga, od Jarca do Akvilona”, onda bi slušaoci počeli da razmišljaju: “Kako? Kaže li da se zemlja kreće? Kakva je ovo vest? Na kraju bi ga smatrali budalom, a on bi zaista bio budala.

Ovakav odgovor dat je uglavnom na prigovore u vezi sa dnevnim kretanjem Sunca. Drugo, napomenuto je da neke odlomke Biblije treba tumačiti alegorijski (vidi članak Biblijski alegorizam). Tako je Galileo primijetio da će se, ako se Sveto pismo shvati doslovno u cijelosti, ispostaviti da Bog ima ruke, da je podložan emocijama kao što je bijes, itd. Općenito, glavna ideja branitelja doktrine o kretanje Zemlje je bilo da nauka i religija imaju različite ciljeve: nauka ispituje pojave materijalnog sveta, vođena argumentima razuma, cilj religije je moralno usavršavanje čoveka, njegovo spasenje. Galileo je u vezi s tim citirao kardinala Baronija da Biblija uči kako se uzdići na nebo, a ne kako nebo funkcionira.

Katolička crkva smatrala je ove argumente neuvjerljivima, te je 1616. godine doktrina o rotaciji Zemlje zabranjena, a 1631. Galileo je osuđen od strane Inkvizicije zbog svoje odbrane. Međutim, izvan Italije ova zabrana nije imala značajnijeg utjecaja na razvoj nauke i uglavnom je doprinijela opadanju autoriteta same Katoličke crkve.

Mora se dodati da su religiozne argumente protiv kretanja Zemlje davali ne samo crkveni poglavari, već i naučnici (na primjer, Tycho Brahe). S druge strane, katolički redovnik Paolo Foskarini napisao je kratak esej „Pismo o gledištima Pitagorejaca i Kopernika o pokretljivosti Zemlje i nepokretnosti Sunca i o novom Pitagorejskom sistemu univerzuma“ (1615.), gdje je iznio razmatranja bliska onima Galilea, a španski teolog Diego de Zuniga je čak koristio Kopernikansku teoriju da protumači neke odlomke Svetog pisma (iako se kasnije predomislio). Dakle, sukob između teologije i doktrine o kretanju Zemlje nije bio toliko sukob između nauke i religije kao takve, koliko sukob između starih (već zastarjelih početkom 17. stoljeća) i novih metodoloških principa na kojima se temelji nauka. .

Značaj hipoteze o rotaciji Zemlje za razvoj nauke

Razumijevanje naučnih problema koje postavlja teorija rotirajuće Zemlje doprinijelo je otkrivanju zakona klasične mehanike i stvaranju nove kosmologije, koja se temelji na ideji ​bezgraničnosti Univerzuma. O kojima se raspravljalo tokom ovog procesa, kontradikcije između ove teorije i bukvalnog čitanja Biblije doprinijele su razgraničenju prirodnih nauka i religije.