A Föld sebessége a Nap körül km/s. Alapvető földmozgások

A Föld keringési pályája a Nap körüli forgásának pályája, alakja ellipszis, átlagosan 150 millió kilométeres távolságra helyezkedik el a Naptól (a maximális távolságot aphelionnak nevezik - 152 millió km, a minimumot - perihéliumnak). , 147 millió km).

A Föld egy teljes, 940 millió km hosszú körforgást tesz meg a Nap körül, nyugatról keletre haladva 108 000 km/h átlagsebességgel 365 nap, 6 óra, 9 perc és 9 másodperc, vagyis egy sziderikus év alatt.

A bolygó mozgása a Nap körüli pályáján és a forgástengely dőlésszöge ahhoz a síkhoz képest, ahol az égitestek mozognak, közvetlenül befolyásolják az évszakok változását, valamint a nappal és éjszaka egyenlőtlenségét.

A Föld Nap körüli forgásának jellemzői

(A Naprendszer felépítése)

Az ókorban a csillagászok azt hitték, hogy a Föld az Univerzum középpontjában található, és minden égitest körülötte forog; ezt az elméletet geocentrikusnak nevezték. Nicolaus Kopernikusz lengyel csillagász cáfolta meg 1534-ben, aki megalkotta a világ heliocentrikus modelljét, amely bebizonyította, hogy a Nap nem tud a Föld körül keringeni, bármennyire is akarták Ptolemaiosz, Arisztotelész és követőik.

A Föld egy elliptikus úton, az úgynevezett pályán kering a Nap körül, hossza körülbelül 940 millió km, és a bolygó ezt a távolságot 365 nap 6 óra 9 perc 9 másodperc alatt teszi meg. Négy év után ez a hat óra naponta összegyűlik, hozzáadódik az évhez, mint egy másik nap (február 29.), az ilyen év szökőév.

(Perihélium és aphelion)

Egy adott pálya mentén történő mozgás időtartama alatt a Föld és a Nap távolsága maximális lehet (ez a jelenség július 3-án fordul elő, és aphelionnak vagy apohelionnak nevezik) - 152 millió. km vagy minimum - 147 millió. km (január 3-án fordul elő, perihéliumnak nevezik), de ez nem az évszakok változásának következménye, ahogyan tévesen feltételezhetnénk.

Évszakok változása

A Föld tengelyének a Nap körüli keringési síkjához képesti 66,5°-os dőlése miatt a Föld felszíne egyenlőtlen mennyiségű hőt és fényt kap, ami az évszakok változását, valamint a nappal és éjszaka időtartamának változását okozza.

Jegyzet:

• A Föld tengelyének az ekliptika tengelyéhez viszonyított dőlésszöge = 23,44° ( a Föld forgástengelyének dőlése)
• A Föld tengelyének dőlésszöge a Nap körüli keringési síkjához képest = 66,56° ( meghatározza az évszakok éghajlati változásait az év során)

Az egyenlítői nappalok és éjszakák mindig egyforma hosszúak, 12 óráig tartanak.

A Föld keringési sebessége

A Föld forradalma a Nap körül: 365 nap 6 óra 9 perc 9 másodperc

A Föld átlagos sebessége a Nap körüli pályáján: 30 km/s vagy 108.000 km/h (ez a fénysebesség 1/10000-ed része)

Összehasonlításképpen bolygónk átmérője 12 700 km, ezzel a sebességgel ezt a távolságot 7 perc alatt, a Földtől a Holdig terjedő távolságot (384 ezer km) pedig négy óra alatt lehet megtenni. A Naptól távolodva az aphelion időszakban a Föld sebessége 29,3 km/s-ra lassul, a perihélium periódusában pedig 30,3 km/s-ra gyorsul.

Tavaszi és őszi napéjegyenlőség

• március 20- tavaszi napéjegyenlőség
• szeptember 22- őszi napéjegyenlőség
• június 21 nyári napforduló
• december 22- téli napforduló

Azokat a helyeket, ahol az égi egyenlítő síkja metszi az ekliptika síkját, a tavaszi pontok jelölik ( március 20) és az őszi napéjegyenlőség ( szeptember 22), a nappalok és az éjszakák egyformán hosszúak, és a féltekék Nap felé eső területei egyenletesen megvilágítottak és felmelegítettek, a Nap sugarai 90º-os szögben esnek az Egyenlítő vonalára. A tavasz és az ősz csillagászati ​​kezdetét a megfelelő féltekéken a tavaszi és őszi napéjegyenlőség dátumai alapján számítják ki.

Vannak a nyárnak is pontjai ( június 21) és télen ( december 22) napfordulókor a Nap sugarai nem az egyenlítő vonalára, hanem a déli és északi trópusokra válnak merőlegessé (a déli és az északi párhuzam 23,5º). A nyári napforduló napján, június 21-én, az északi féltekén 66,5 párhuzamig a nappal hosszabb az éjszakánál, a déli féltekén az éjszaka hosszabb a nappalnál, ez a dátum a nyár csillagászati ​​kezdete az északi szélességeken és télen a déli szélességeken.

December 22-én (téli napforduló napja) a déli féltekén a 66,5 szélességi körig hosszabb a nappal, az északi féltekén ugyanezen szélességig rövidebb. A téli napforduló dátuma az északi féltekén a tél csillagászati ​​kezdete, a déli féltekén pedig a nyár kezdete.

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

A Föld forgása a tengelye körül

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

A Föld mozgása a Nap körül

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

Ülsz, állsz vagy hazudsz, miközben ezt a cikket olvasod, és nem érzed úgy, hogy a Föld nyaktörő sebességgel – körülbelül 1700 km/h-val – forog a tengelye körül az egyenlítőnél. A forgási sebesség azonban km/s-ra átszámítva nem tűnik olyan gyorsnak. Az eredmény 0,5 km/s – alig észrevehető zökkenő a radaron, összehasonlítva a körülöttünk lévő többi sebességgel.

A Naprendszer többi bolygójához hasonlóan a Föld is a Nap körül kering. És hogy a pályáján maradjon, 30 km/s sebességgel mozog. A Vénusz és a Merkúr, amelyek közelebb vannak a Naphoz, gyorsabban mozognak, a Mars, amelynek pályája a Föld pályája mögött halad el, sokkal lassabban.

De még a Nap sem áll egy helyben. Tejútrendszerünk hatalmas, masszív és mozgékony is! Minden csillag, bolygó, gázfelhő, porrészecskék, fekete lyukak, sötét anyag – mindez egy közös tömegközépponthoz képest mozog.

A tudósok szerint a Nap 25 000 fényév távolságra van galaxisunk középpontjától, és elliptikus pályán mozog, 220-250 millió évenként teljes körforgást hajtva végre. Kiderült, hogy a Nap sebessége körülbelül 200-220 km/s, ami több százszor nagyobb, mint a Föld sebessége a tengelye körül, és több tízszerese a Nap körüli mozgásának sebességének. Így néz ki Naprendszerünk mozgása.

A galaxis álló helyzetben van? Újra ne. Az óriási űrobjektumok nagy tömeggel rendelkeznek, ezért erős gravitációs mezőket hoznak létre. Adjunk egy kis időt az univerzumnak (és már körülbelül 13,8 milliárd éve), és minden a legnagyobb gravitáció irányába indul. Éppen ezért az Univerzum nem homogén, hanem galaxisokból és galaxiscsoportokból áll.

Mit jelent ez számunkra?

Ez azt jelenti, hogy a Tejútrendszert a közelben található más galaxisok és galaxiscsoportok húzzák felé. Ez azt jelenti, hogy a masszív tárgyak uralják a folyamatot. Ez pedig azt jelenti, hogy nem csak a mi galaxisunkra, hanem a körülöttünk lévő mindenkire is hatással vannak ezek a „traktorok”. Egyre közelebb vagyunk ahhoz, hogy megértsük, mi történik velünk a világűrben, de még mindig hiányoznak a tények, például:

• melyek voltak a kezdeti feltételek, amelyek között az Univerzum létrejött;
• hogyan mozognak és változnak a különböző tömegek a galaxisban az idő múlásával;
• hogyan jött létre a Tejútrendszer és a környező galaxisok és halmazok;
• és hogyan történik ez most.

Van azonban egy trükk, ami segít kitalálni.

Az Univerzum 2,725 K hőmérsékletű reliktum sugárzással van tele, amely az Ősrobbanás óta megmaradt. Itt-ott vannak apró eltérések - körülbelül 100 μK, de az általános hőmérsékleti háttér állandó.

Ennek az az oka, hogy az Univerzum az Ősrobbanás következtében jött létre 13,8 milliárd évvel ezelőtt, és még mindig tágul és hűl.

380 000 évvel az Ősrobbanás után az Univerzum olyan hőmérsékletre hűlt le, hogy lehetővé vált a hidrogénatomok kialakulása. Ezt megelőzően a fotonok folyamatosan kölcsönhatásba léptek más plazmarészecskékkel: ütköztek velük, és energiát cseréltek. Ahogy az Univerzum lehűlt, kevesebb töltött részecske volt, és több hely volt köztük. A fotonok szabadon mozoghattak az űrben. A CMB-sugárzás olyan fotonok, amelyeket a plazma bocsátott ki a Föld jövőbeli helye felé, de elkerülték a szóródást, mert a rekombináció már megkezdődött. A Földet az Univerzum terén keresztül érik el, amely tovább tágul.

Ezt a sugárzást te magad is „láthatod”. Az üres TV-csatornán fellépő interferencia 1%-ban a CMB okozta, ha egyszerű antennát használ, amely úgy néz ki, mint egy nyúl füle.

Ennek ellenére a reliktum háttér hőmérséklete nem minden irányban azonos. A Planck-misszió kutatási eredményei szerint az égi szféra ellentétes féltekéiben némileg eltér a hőmérséklet: az égboltnak az ekliptikától délre eső részein valamivel magasabb - körülbelül 2,728 K, a másik felében pedig alacsonyabb - kb. 2,722 K.

Ez a különbség csaknem 100-szor nagyobb, mint a CMB egyéb megfigyelt hőmérsékleti ingadozásai, és félrevezető. Miért történik ez? A válasz nyilvánvaló - ez a különbség nem a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás ingadozásából adódik, hanem azért jelenik meg, mert mozgás van!

Amikor közeledsz egy fényforráshoz, vagy az közeledik feléd, a fényforrás spektrumában a spektrumvonalak rövid hullámok felé tolódnak el (ibolya eltolódás), ha távolodsz tőle, vagy távolodik tőled, a spektrumvonalak a hosszú hullámok felé tolódnak el (vörös eltolódás). ).

A CMB sugárzás nem lehet többé-kevésbé energikus, ami azt jelenti, hogy az űrben haladunk. A Doppler-effektus segít meghatározni, hogy Naprendszerünk a CMB-hez képest 368 ± 2 km/s sebességgel mozog-e, és a helyi galaxiscsoport, beleértve a Tejútrendszert, az Androméda-galaxist és a Háromszög-galaxist is sebessége 627 ± 22 km/s a CMB-hez képest. Ezek a galaxisok úgynevezett sajátos sebességei, amelyek több száz km/s-t tesznek ki. Rajtuk kívül vannak az Univerzum tágulásának köszönhető és a Hubble-törvény szerint számított kozmológiai sebességek is.

Az Ősrobbanásból származó maradék sugárzásnak köszönhetően megfigyelhetjük, hogy az Univerzumban minden folyamatosan mozog és változik. És a mi galaxisunk csak egy része ennek a folyamatnak.

A Föld folyamatosan mozgásban van: forog a tengelye és a Nap körül. Ennek köszönhető, hogy a Földön a nappal és az éjszaka váltakozása, valamint az évszakok váltakozása következik be. Beszéljünk részletesebben a Föld tengelye körüli mozgási sebességéről és a Föld Nap körüli sebességéről.

Milyen sebességgel forog a Föld?

Bolygónk 23 óra 56 perc és 4 másodperc alatt tesz teljes körforgást a tengelye körül, ezért ezt a forgást napinak nevezik. Mindenki tudja, hogy a Földön egy adott időszak alatt a nappalnak van ideje átadni helyét az éjszakának.

Az Egyenlítőn a legnagyobb forgási sebesség 1670 km/h. De ez a sebesség nem nevezhető állandónak, mivel a bolygó különböző helyein változik. Például a sebesség az északi és a déli sarkon a legalacsonyabb – akár nullára is csökkenhet.

A Föld forgási sebessége a Nap körül körülbelül 108 000 km/h vagy 30 km/s. Nap körüli pályáján bolygónk 150 ml-t tesz meg. km. Bolygónk 365 nap, 5 óra, 48 perc, 46 másodperc alatt tesz meg egy teljes körforgást a csillag körül, tehát minden negyedik év szökőév, azaz egy nappal hosszabb.

A Föld sebessége relatív értéknek számít: csak a Naphoz, saját tengelyéhez és a Tejútrendszerhez viszonyítva számítható. Instabil, és hajlamos megváltozni egy másik kozmikus objektumhoz képest.

Érdekes tény, hogy a nap hossza áprilisban és novemberben 0,001 másodperccel tér el a szabványtól.

V = (R e R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e)) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\jobbra)\omega), Ahol R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - egyenlítői sugár, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - poláris sugár.

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

Fizikai jelentés és kísérleti megerősítés

A Föld tengelye körüli forgásának fizikai jelentése

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

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

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

Tehetetlenségi erők

A centrifugális erő hatásai

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

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

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

Coriolis erőhatások: laboratóriumi kísérletek

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

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

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

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

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

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

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

Tölcsér a fürdőben.

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

Coriolis erőhatások: jelenségek a környező természetben

Optikai kísérletek

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

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

A Föld napi forgásának számos más kísérleti demonstrációja is létezik.

Egyenetlen forgás

Precesszió és nutáció

A Föld napi forgásának gondolatának története

Antikvitás

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

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

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

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

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

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

Középkorú

India

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

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

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

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

Iszlám Kelet

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

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

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

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

Latin Nyugat

A Föld mozgásának lehetőségének részletes tárgyalását széles körben tartalmazzák Jean-Buridan párizsi skolasztikusok, Szász Albert és Oresme Miklós (14. század második fele) írásai. Munkáikban a legfontosabb érv a Föld forgása mellett, nem pedig az égbolt mellett, hogy a Föld kicsiny az Univerzumhoz képest, ami miatt az égbolt napi forgásának az Univerzumhoz való tulajdonítása rendkívül természetellenes.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Reneszánsz és modern idők

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

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

A Föld forgásának hipotézise és a klasszikus mechanika kialakulása

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

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

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

Így a Föld forgásának megfigyelhetetlenségében a főszerep a levegőnek a forgása általi magával ragadása. A 16. századi kopernikusziak többsége ugyanezen a véleményen volt.

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

A Föld forgásáról szóló vita vallási összefüggései

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

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

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

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

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

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

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

A Föld forgásának hívei (különösen Giordano-Bruno, Johannes-Kepler és különösen Galileo-Galilei) több fronton is kiálltak. Először is arra hívták fel a figyelmet, hogy a Biblia a hétköznapi emberek számára érthető nyelven íródott, és ha szerzői tudományosan világos nyelvezetet adnának, nem tudná betölteni fő, vallási küldetését. Így Bruno ezt írta:

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

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

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

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

A Föld forgásával kapcsolatos hipotézis jelentősége a tudomány fejlődésében

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