La velocità della terra attorno al sole è di km al secondo. Movimenti fondamentali della terra

L'orbita della Terra è la traiettoria della sua rotazione attorno al Sole, la sua forma è un'ellisse, si trova in media ad una distanza di 150 milioni di chilometri dal Sole (la distanza massima si chiama afelio - 152 milioni di km, la minima - perielio , 147 milioni di km).

La Terra compie un giro completo attorno al Sole, lungo 940 milioni di km, spostandosi da ovest verso est ad una velocità media di 108.000 km/h in 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 9 secondi, ovvero un anno siderale.

Il movimento del pianeta nella sua orbita attorno al Sole e l'angolo di inclinazione dell'asse di rotazione rispetto al piano su cui si muovono i corpi celesti influenzano direttamente il cambio delle stagioni e la disuguaglianza del giorno e della notte.

Caratteristiche della rotazione della Terra attorno al Sole

(Struttura del sistema solare)

Nell'antichità gli astronomi credevano che la Terra fosse situata al centro dell'Universo e che tutti i corpi celesti ruotassero attorno ad essa; questa teoria era chiamata geocentrica. Fu sfatato dall'astronomo polacco Nicolaus Copernicus nel 1534, che creò un modello eliocentrico del mondo, che dimostrò che il Sole non può ruotare attorno alla Terra, non importa quanto lo volessero Tolomeo, Aristotele e i loro seguaci.

La Terra ruota attorno al Sole lungo un percorso ellittico chiamato orbita, la sua lunghezza è di circa 940 milioni di km e il pianeta percorre questa distanza in 365 giorni 6 ore 9 minuti e 9 secondi. Dopo quattro anni, queste sei ore si accumulano al giorno, vengono aggiunte all'anno come un altro giorno (29 febbraio), tale anno è un anno bisestile.

(Perielio e afelio)

Durante il periodo di movimento lungo una determinata traiettoria, la distanza dalla Terra al Sole può essere massima (questo fenomeno si verifica il 3 luglio ed è chiamato afelio o apoelio) - 152 milioni. km o minimo - 147 milioni. km (cadono il 3 gennaio, detto perielio), ma ciò non è, come si potrebbe erroneamente supporre, una conseguenza del cambio delle stagioni.

Cambio di stagione

A causa dell'inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano della sua orbita attorno al Sole a 66,5º, la superficie terrestre riceve una quantità ineguale di calore e luce, che provoca il cambio delle stagioni e cambiamenti nella durata del giorno e della notte.

Nota:

• L'angolo di inclinazione dell'asse terrestre rispetto all'asse dell'eclittica = 23,44º gradi ( inclinazione dell'asse di rotazione terrestre)
• L'angolo di inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano della sua orbita attorno al Sole = 66,56º gradi ( determina i cambiamenti climatici delle stagioni durante tutto l'anno)

I giorni e le notti equatoriali sono sempre ugualmente lunghi, durano 12 ore.

Velocità della Terra che si muove in orbita

La rivoluzione della Terra attorno al Sole: 365 giorni 6 ore 9 minuti e 9 secondi

Velocità media della Terra nella sua orbita attorno al Sole: 30 km/s O 108.000 chilometri all'ora (è 1/10000 della velocità della luce)

Per fare un confronto, il diametro del nostro pianeta è di 12.700 km, a questa velocità è possibile coprire questa distanza in 7 minuti e la distanza dalla Terra alla Luna (384mila km) in quattro ore. Allontanandosi dal Sole durante il periodo dell'afelio, la velocità della Terra rallenta fino a 29,3 km/s, mentre durante il periodo del perielio accelera fino a 30,3 km/s.

Equinozi di primavera e autunno

• 20 marzo- equinozio di primavera
• 22 settembre- equinozio d'autunno
• 21 giugno solstizio d'estate
• 22 dicembre- solstizio d'inverno

I luoghi in cui il piano dell'equatore celeste interseca il piano dell'eclittica sono designati dai punti primaverili ( 20 marzo) e l'equinozio d'autunno ( 22 settembre), i giorni e le notti sono ugualmente lunghi, e le zone degli emisferi rivolte verso il Sole sono uniformemente illuminate e riscaldate, i raggi del Sole cadono sulla linea dell'equatore con un angolo di 90º. L'inizio astronomico della primavera e dell'autunno negli emisferi corrispondenti viene calcolato utilizzando le date degli equinozi di primavera e autunno.

Ci sono anche punti estivi ( 21 giugno) e invernale ( 22 dicembre) solstizio, i raggi del Sole diventano perpendicolari non alla linea dell'equatore, ma ai tropici meridionale e settentrionale (i paralleli meridionale e settentrionale sono 23,5º). Il giorno del solstizio d'estate, il 21 giugno, nell'emisfero settentrionale, fino a 66,5 paralleli, il giorno è più lungo della notte, nell'emisfero meridionale, la notte è più lunga del giorno, questa data è l'inizio astronomico dell'estate alle latitudini settentrionali e sverna alle latitudini meridionali.

Il 22 dicembre (giorno del solstizio d'inverno) nell'emisfero australe fino al 66,5 parallelo la durata del giorno è più lunga, nell'emisfero nord fino allo stesso parallelo è più breve. La data del solstizio d'inverno è l'inizio astronomico dell'inverno nell'emisfero settentrionale e l'inizio dell'estate in quello meridionale.

La Terra è costantemente in movimento, ruota attorno al Sole e attorno al proprio asse. Questo movimento e l'inclinazione costante dell'asse terrestre (23,5°) determina molti degli effetti che osserviamo come fenomeni normali: la notte e il giorno (a causa della rotazione della Terra sul proprio asse), il cambio delle stagioni (a causa inclinazione dell'asse terrestre) e clima diverso nelle diverse aree. I globi possono essere ruotati e il loro asse è inclinato come l'asse terrestre (23,5°), quindi con l'aiuto di un globo puoi tracciare il movimento della Terra attorno al suo asse in modo abbastanza accurato, e con l'aiuto del sistema Terra-Sole puoi può tracciare il movimento della Terra attorno al Sole.

Rotazione della Terra attorno al proprio asse

La Terra ruota sul proprio asse da ovest a est (in senso antiorario se vista dal Polo Nord). La Terra impiega 23 ore, 56 minuti e 4,09 secondi per completare una rotazione completa sul proprio asse. Il giorno e la notte sono causati dalla rotazione della Terra. La velocità angolare di rotazione della Terra attorno al suo asse, o l'angolo di rotazione di qualsiasi punto sulla superficie terrestre, è la stessa. Ci sono 15 gradi in un'ora. Ma la velocità di rotazione lineare in qualsiasi punto dell’equatore è di circa 1.669 chilometri all’ora (464 m/s), diminuendo fino a zero ai poli. Ad esempio, la velocità di rotazione alla latitudine 30° è di 1445 km/h (400 m/s).
Non notiamo la rotazione della Terra per il semplice motivo che parallelamente e contemporaneamente a noi tutti gli oggetti intorno a noi si muovono alla stessa velocità e non ci sono movimenti “relativi” degli oggetti intorno a noi. Se, ad esempio, una nave si muove in modo uniforme, senza accelerazione o frenata, attraverso il mare con tempo calmo e senza onde sulla superficie dell'acqua, non sentiremo affatto come si muove tale nave se ci troviamo in una cabina senza oblò, poiché tutti gli oggetti all'interno della cabina si muoveranno parallelamente a noi e alla nave.

Movimento della Terra attorno al Sole

Mentre la Terra ruota sul proprio asse, ruota anche attorno al Sole da ovest a est in senso antiorario se vista dal polo nord. La Terra impiega un anno siderale (circa 365,2564 giorni) per completare un giro completo attorno al Sole. Il percorso della Terra attorno al Sole è chiamato orbita terrestre e questa orbita non è perfettamente rotonda. La distanza media dalla Terra al Sole è di circa 150 milioni di chilometri, e questa distanza varia fino a 5 milioni di chilometri, formando una piccola orbita ovale (ellisse). Il punto dell'orbita terrestre più vicino al Sole è chiamato Perielio. La terra supera questo punto all'inizio di gennaio. Il punto dell'orbita terrestre più lontano dal Sole è chiamato Afelio. La terra supera questo punto all'inizio di luglio.
Poiché la nostra Terra si muove attorno al Sole lungo un percorso ellittico, la velocità lungo l'orbita cambia. A luglio la velocità è minima (29,27 km/sec) e dopo aver superato l'afelio (punto rosso in alto nell'animazione) inizia ad accelerare, mentre a gennaio la velocità è massima (30,27 km/sec) e inizia a rallentare dopo il passaggio perielio (punto rosso inferiore).
Mentre la Terra fa una rivoluzione attorno al Sole, copre una distanza pari a 942 milioni di chilometri in 365 giorni, 6 ore, 9 minuti e 9,5 secondi, cioè corriamo insieme alla Terra attorno al Sole a una velocità media di 30 km al secondo (o 107.460 km all'ora), e allo stesso tempo la Terra ruota attorno al proprio asse una volta ogni 24 ore (365 volte all'anno).
Infatti, se consideriamo più scrupolosamente il movimento della Terra, esso risulta molto più complesso, poiché la Terra è influenzata da diversi fattori: la rotazione della Luna attorno alla Terra, l'attrazione di altri pianeti e stelle.

Ti siedi, stai in piedi o menti mentre leggi questo articolo e non senti che la Terra gira sul suo asse ad una velocità vertiginosa - circa 1.700 km/h all'equatore. Tuttavia, la velocità di rotazione non sembra così elevata se convertita in km/s. Il risultato è 0,5 km/s: un segnale appena percettibile sul radar, rispetto ad altre velocità intorno a noi.

Proprio come gli altri pianeti del sistema solare, la Terra ruota attorno al Sole. E per restare nella sua orbita si muove ad una velocità di 30 km/s. Venere e Mercurio, che sono più vicini al Sole, si muovono più velocemente, Marte, la cui orbita passa dietro l'orbita terrestre, si muove molto più lentamente.

Ma anche il Sole non sta fermo nello stesso posto. La nostra galassia, la Via Lattea, è enorme, massiccia e anche mobile! Tutte le stelle, i pianeti, le nubi di gas, le particelle di polvere, i buchi neri, la materia oscura: tutto ciò si muove rispetto a un centro di massa comune.

Secondo gli scienziati, il Sole si trova a una distanza di 25.000 anni luce dal centro della nostra galassia e si muove su un'orbita ellittica, compiendo una rivoluzione completa ogni 220-250 milioni di anni. Si scopre che la velocità del Sole è di circa 200-220 km/s, che è centinaia di volte superiore alla velocità della Terra attorno al suo asse e decine di volte superiore alla velocità del suo movimento attorno al Sole. Ecco come appare il movimento del nostro sistema solare.

La galassia è stazionaria? Non di nuovo. Gli oggetti spaziali giganti hanno una grande massa e quindi creano forti campi gravitazionali. Date un po' di tempo all'Universo (e ce l'abbiamo da circa 13,8 miliardi di anni) e tutto inizierà a muoversi nella direzione della gravità maggiore. Ecco perché l'Universo non è omogeneo, ma è costituito da galassie e gruppi di galassie.

Cosa significa questo per noi?

Ciò significa che la Via Lattea viene attratta verso di sé da altre galassie e gruppi di galassie situati nelle vicinanze. Ciò significa che gli oggetti massicci dominano il processo. E questo significa che non solo la nostra galassia, ma anche tutti coloro che ci circondano sono influenzati da questi “trattori”. Ci stiamo avvicinando a capire cosa ci succede nello spazio, ma ci mancano ancora i fatti, ad esempio:

• quali furono le condizioni iniziali in cui ebbe inizio l'Universo;
• come le diverse masse nella galassia si muovono e cambiano nel tempo;
• come si sono formati la Via Lattea e le galassie e gli ammassi circostanti;
• e come sta accadendo adesso.

Esiste però un trucchetto che ci aiuterà a capirlo.

L'Universo è pieno di radiazione relitta con una temperatura di 2.725 K, che è stata preservata dal Big Bang. Qua e là si notano piccole deviazioni - circa 100 μK, ma la temperatura generale di fondo è costante.

Questo perché l’Universo si è formato con il Big Bang 13,8 miliardi di anni fa ed è ancora in espansione e raffreddamento.

380.000 anni dopo il Big Bang, l'Universo si raffreddò a una temperatura tale da rendere possibile la formazione di atomi di idrogeno. Prima di ciò, i fotoni interagivano costantemente con altre particelle di plasma: si scontravano con loro e scambiavano energia. Man mano che l’Universo si raffreddava, c’erano meno particelle cariche e più spazio tra di loro. I fotoni erano in grado di muoversi liberamente nello spazio. La radiazione CMB è costituita da fotoni emessi dal plasma verso la futura posizione della Terra, ma che sono sfuggiti alla diffusione perché la ricombinazione era già iniziata. Raggiungono la Terra attraverso lo spazio dell'Universo, che continua ad espandersi.

Puoi “vedere” tu stesso questa radiazione. L'interferenza che si verifica su un canale TV vuoto se si utilizza una semplice antenna che assomiglia alle orecchie di un coniglio è causata per l'1% dalla CMB.

Tuttavia, la temperatura del fondo relitto non è la stessa in tutte le direzioni. Secondo i risultati delle ricerche della missione Planck, la temperatura differisce leggermente negli emisferi opposti della sfera celeste: è leggermente più alta nelle parti del cielo a sud dell'eclittica - circa 2.728 K, e più bassa nell'altra metà - circa 2.722 K.

Questa differenza è quasi 100 volte maggiore rispetto ad altre variazioni di temperatura osservate nella CMB ed è fuorviante. Perché sta succedendo? La risposta è ovvia: questa differenza non è dovuta alle fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo, ma sembra perché c'è movimento!

Quando ti avvicini ad una sorgente luminosa o questa si avvicina a te, le linee spettrali nello spettro della sorgente si spostano verso le onde corte (spostamento viola), quando ti allontani da essa o questa si allontana da te, le linee spettrali si spostano verso le onde lunghe (spostamento rosso ).

La radiazione CMB non può essere più o meno energetica, il che significa che ci muoviamo nello spazio. L'effetto Doppler aiuta a determinare che il nostro Sistema Solare si sta muovendo rispetto alla CMB ad una velocità di 368 ± 2 km/s, e il gruppo locale di galassie, inclusa la Via Lattea, la Galassia di Andromeda e la Galassia del Triangolo, si sta muovendo ad una velocità di 368 ± 2 km/s. velocità di 627 ± 22 km/s rispetto alla CMB. Queste sono le cosiddette velocità peculiari delle galassie, che ammontano a diverse centinaia di km/s. A queste si aggiungono anche le velocità cosmologiche dovute all’espansione dell’Universo e calcolate secondo la legge di Hubble.

Grazie alla radiazione residua del Big Bang, possiamo osservare che tutto nell'Universo è in costante movimento e cambiamento. E la nostra galassia è solo una parte di questo processo.

La Terra è costantemente in movimento: ruota attorno al proprio asse e attorno al Sole. È grazie a ciò che sulla Terra avviene il cambio del giorno e della notte, così come il cambio delle stagioni. Parliamo più in dettaglio della velocità con cui la Terra si muove attorno al proprio asse e della velocità della Terra attorno al Sole.

A quale velocità ruota la Terra?

In 23 ore, 56 minuti e 4 secondi, il nostro pianeta compie una rivoluzione completa attorno al proprio asse, motivo per cui questa rotazione viene chiamata giornaliera. Tutti sanno che durante un dato periodo di tempo sulla Terra, il giorno ha il tempo di lasciare il posto alla notte.

All'equatore la massima velocità di rotazione è di 1670 km/h. Ma questa velocità non può essere definita costante, poiché varia in diversi luoghi del pianeta. Ad esempio, la velocità è più bassa ai Poli Nord e Sud e può scendere fino a zero.

La velocità di rotazione della Terra attorno al Sole è di circa 108.000 km/ho 30 km/sec. Nella sua orbita attorno al Sole, il nostro pianeta percorre 150 ml. km. Il nostro pianeta compie una rivoluzione completa attorno alla stella in 365 giorni, 5 ore, 48 minuti, 46 secondi, quindi ogni quattro anni è un anno bisestile, cioè un giorno in più.

La velocità della Terra è considerata un valore relativo: può essere calcolata solo rispetto al Sole, al proprio asse e alla Via Lattea. È instabile e tende a cambiare in relazione ad un altro oggetto cosmico.

Un fatto interessante è che la durata del giorno in aprile e novembre differisce dallo standard di 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 )))\destra)\omega ), Dove R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - raggio equatoriale, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - raggio polare.

• Un aereo che vola a questa velocità da est a ovest (a 12 km di altitudine: 936 km/h alla latitudine di Mosca, 837 km/h alla latitudine di San Pietroburgo) sarà fermo nel sistema di riferimento inerziale.
• La sovrapposizione della rotazione della Terra attorno al proprio asse con un periodo di un giorno siderale e attorno al Sole con un periodo di un anno porta alla disuguaglianza dei giorni solari e siderali: la lunghezza del giorno solare medio è esattamente di 24 ore, che è 3 minuti e 56 secondi in più rispetto al giorno siderale.

Significato fisico e conferma sperimentale

Il significato fisico della rotazione della Terra attorno al proprio asse

Poiché ogni movimento è relativo, è necessario indicare uno specifico sistema di riferimento rispetto al quale viene studiato il movimento di un particolare corpo. Quando dicono che la Terra ruota attorno a un asse immaginario, si intende che esegue un movimento rotatorio rispetto a qualsiasi sistema di riferimento inerziale, e il periodo di questa rotazione è uguale a un giorno siderale - il periodo di una rivoluzione completa della Terra ( sfera celeste) rispetto alla sfera celeste (Terra).

Tutte le prove sperimentali della rotazione della Terra attorno al proprio asse si riducono alla prova che il sistema di riferimento associato alla Terra è un sistema di riferimento non inerziale di tipo speciale - un sistema di riferimento che esegue un movimento rotatorio rispetto ai sistemi di riferimento inerziali.

A differenza del movimento inerziale (cioè il movimento rettilineo uniforme rispetto ai sistemi di riferimento inerziali), per rilevare il movimento non inerziale di un laboratorio chiuso non è necessario effettuare osservazioni di corpi esterni: tale movimento viene rilevato utilizzando esperimenti locali (cioè esperimenti condotti all'interno di questo laboratorio). In questo senso della parola, il movimento non inerziale, inclusa la rotazione della Terra attorno al proprio asse, può essere definito assoluto.

Forze d'inerzia

Effetti della forza centrifuga

Dipendenza dell'accelerazione di caduta libera dalla latitudine geografica. Gli esperimenti dimostrano che l'accelerazione della caduta libera dipende dalla latitudine geografica: più è vicino al polo, maggiore è. Ciò è spiegato dall'azione della forza centrifuga. In primo luogo, i punti della superficie terrestre situati a latitudini più elevate sono più vicini all'asse di rotazione e, quindi, avvicinandosi al polo, la distanza r (\displaystyle r) diminuisce dall'asse di rotazione, raggiungendo lo zero al polo. In secondo luogo, con l'aumentare della latitudine, l'angolo tra il vettore della forza centrifuga e il piano dell'orizzonte diminuisce, il che porta ad una diminuzione della componente verticale della forza centrifuga.

Questo fenomeno fu scoperto nel 1672, quando l'astronomo francese Jean Richet, durante una spedizione in Africa, scoprì che l'orologio a pendolo all'equatore funziona più lentamente che a Parigi. Newton lo spiegò presto dicendo che il periodo di oscillazione di un pendolo è inversamente proporzionale alla radice quadrata dell'accelerazione dovuta alla gravità, che diminuisce all'equatore per l'azione della forza centrifuga.

Oblatezza della Terra. L'influenza della forza centrifuga porta all'oblazione della Terra ai poli. Questo fenomeno, previsto da Huygens e Newton alla fine del XVII secolo, fu scoperto per la prima volta da Pierre de Maupertuis alla fine degli anni Trenta del Settecento come risultato dell'elaborazione dei dati di due spedizioni francesi appositamente attrezzate per risolvere questo problema in Perù (guidate da Pierre Bouguer e Charles de la Condamine) e la Lapponia (sotto la guida di Alexis Clairaut e dello stesso Maupertuis).

Effetti della forza di Coriolis: esperimenti di laboratorio

Questo effetto dovrebbe essere espresso più chiaramente ai poli, dove il periodo di rotazione completa del piano del pendolo è uguale al periodo di rotazione della Terra attorno al proprio asse (giorno siderale). In generale il periodo è inversamente proporzionale al seno della latitudine geografica; all'equatore il piano di oscillazione del pendolo rimane invariato.

Giroscopio- un corpo rotante con un momento d'inerzia significativo conserva il suo momento angolare se non vi sono forti perturbazioni. Foucault, che era stanco di spiegare cosa succede a un pendolo di Foucault che non si trova al polo, sviluppò un'altra dimostrazione: un giroscopio sospeso manteneva il suo orientamento, il che significa che girava lentamente rispetto all'osservatore.

Deviazione dei proiettili durante lo sparo. Un'altra manifestazione osservabile della forza di Coriolis è la deflessione delle traiettorie dei proiettili (a destra nell'emisfero settentrionale, a sinistra nell'emisfero meridionale) sparati in direzione orizzontale. Dal punto di vista del sistema di riferimento inerziale, per i proiettili sparati lungo il meridiano, ciò è dovuto alla dipendenza della velocità lineare di rotazione della Terra dalla latitudine geografica: spostandosi dall'equatore al polo, il proiettile mantiene la la componente orizzontale della velocità rimane invariata, mentre diminuisce la velocità lineare di rotazione dei punti sulla superficie terrestre, il che porta ad uno spostamento del proiettile dal meridiano nella direzione della rotazione terrestre. Se il colpo è stato sparato parallelamente all'equatore, lo spostamento del proiettile dal parallelo è dovuto al fatto che la traiettoria del proiettile si trova sullo stesso piano del centro della Terra, mentre i punti sulla superficie terrestre si muovono in un piano perpendicolare all'asse di rotazione terrestre. Questo effetto (nel caso del tiro lungo il meridiano) fu previsto da Grimaldi negli anni '40 del XVII secolo. e pubblicato per la prima volta da Riccioli nel 1651.

Deviazione dalla verticale dei corpi in caduta libera. ( ) Se la velocità di un corpo ha una grande componente verticale, la forza di Coriolis è diretta verso est, il che porta ad una corrispondente deviazione della traiettoria di un corpo in caduta libera (senza velocità iniziale) da un'alta torre. Se considerato in un sistema di riferimento inerziale, l'effetto è spiegato dal fatto che la sommità della torre rispetto al centro della Terra si muove più velocemente della base, per cui la traiettoria del corpo risulta essere una parabola stretta e il corpo è leggermente più avanti della base della torre.

L'effetto Eötvös. Alle basse latitudini la forza di Coriolis, quando si muove lungo la superficie terrestre, è diretta in direzione verticale e la sua azione porta ad un aumento o diminuzione dell'accelerazione di gravità, a seconda che il corpo si muova verso ovest o verso est. Questo effetto è chiamato effetto Eötvös in onore del fisico ungherese Loránd Eötvös, che lo scoprì sperimentalmente all'inizio del XX secolo.

Esperimenti utilizzando la legge di conservazione del momento angolare. Alcuni esperimenti si basano sulla legge di conservazione del momento angolare: in un sistema di riferimento inerziale, l'entità del momento angolare (pari al prodotto del momento di inerzia e della velocità angolare di rotazione) non cambia sotto l'influenza delle forze interne . Se in un momento iniziale l'installazione è stazionaria rispetto alla Terra, la velocità della sua rotazione rispetto al sistema di riferimento inerziale è uguale alla velocità angolare di rotazione della Terra. Se si modifica il momento di inerzia del sistema, la velocità angolare della sua rotazione dovrebbe cambiare, ovvero inizierà la rotazione rispetto alla Terra. In un sistema di riferimento non inerziale associato alla Terra, la rotazione avviene come risultato della forza di Coriolis. Questa idea fu proposta dallo scienziato francese Louis Poinsot nel 1851.

Il primo di questi esperimenti fu condotto da Hagen nel 1910: due pesi su una traversa liscia furono installati immobili rispetto alla superficie della Terra. Quindi la distanza tra i carichi è stata ridotta. Di conseguenza, l'installazione ha iniziato a ruotare. Un esperimento ancora più dimostrativo fu condotto dallo scienziato tedesco Hans Bucka nel 1949. Un'asta lunga circa 1,5 metri è stata installata perpendicolare a un telaio rettangolare. Inizialmente, l'asta era orizzontale, l'installazione era immobile rispetto alla Terra. Quindi l'asta è stata portata in posizione verticale, che ha portato ad una variazione del momento di inerzia dell'installazione di circa 10 4 volte e alla sua rapida rotazione con una velocità angolare 10 4 volte superiore alla velocità di rotazione della Terra.

Imbuto nella vasca da bagno.

Poiché la forza di Coriolis è molto debole, ha un effetto trascurabile sulla direzione del vortice dell'acqua durante lo scarico di un lavandino o di una vasca da bagno, quindi in generale la direzione di rotazione dell'imbuto non è correlata alla rotazione della Terra. Solo in esperimenti attentamente controllati è possibile separare l'effetto della forza di Coriolis da altri fattori: nell'emisfero settentrionale l'imbuto ruoterà in senso antiorario, nell'emisfero meridionale viceversa.

Effetti della forza di Coriolis: fenomeni nella natura circostante

Esperimenti ottici

Numerosi esperimenti che dimostrano la rotazione della Terra si basano sull'effetto Sagnac: se un interferometro anulare esegue un movimento rotatorio, a causa di effetti relativistici appare una differenza di fase nei raggi contropropaganti

Dove A (\displaystyle A)- area di proiezione dell'anello sul piano equatoriale (il piano perpendicolare all'asse di rotazione), c (\displaystyle c)- velocità della luce, ω (\displaystyle \omega )- velocità angolare di rotazione. Per dimostrare la rotazione della Terra, questo effetto fu utilizzato dal fisico americano Michelson in una serie di esperimenti condotti nel 1923-1925. Negli esperimenti moderni che utilizzano l'effetto Sagnac, la rotazione della Terra deve essere presa in considerazione per calibrare gli interferometri ad anello.

Esistono numerose altre dimostrazioni sperimentali della rotazione diurna della Terra.

Rotazione irregolare

Precessione e nutazione

Storia dell'idea della rotazione quotidiana della Terra

Antichità

La spiegazione della rotazione quotidiana del cielo mediante la rotazione della Terra attorno al proprio asse fu proposta per la prima volta dai rappresentanti della scuola pitagorica, i siracusani Hicetus ed Ecphantus. Secondo alcune ricostruzioni la rotazione della Terra sarebbe stata confermata anche dal pitagorico Filolao di Crotone (V secolo a.C.). Un'affermazione che può essere interpretata come un'indicazione della rotazione della Terra è contenuta nel dialogo di Platone Timeo .

Tuttavia, non si sa praticamente nulla di Hicetas ed Ecphantes, e talvolta anche la loro stessa esistenza viene messa in dubbio. Secondo l’opinione della maggior parte degli scienziati, la Terra nel sistema mondiale di Philolaus non eseguiva un movimento rotatorio, ma traslatorio attorno al Fuoco Centrale. Nelle altre sue opere, Platone segue la visione tradizionale secondo cui la Terra è immobile. Tuttavia, ci sono pervenute numerose prove che l'idea della rotazione della Terra fu difesa dal filosofo Eraclide del Ponto (IV secolo a.C.). Probabilmente, un'altra ipotesi di Eraclide è associata all'ipotesi della rotazione della Terra attorno al proprio asse: ogni stella rappresenta un mondo, inclusa terra, aria, etere, e tutto questo si trova nello spazio infinito. Infatti, se la rotazione quotidiana del cielo è un riflesso della rotazione della Terra, allora scompare il presupposto per considerare le stelle come sulla stessa sfera.

Circa un secolo dopo, l'ipotesi della rotazione della Terra entrò a far parte della prima, proposta dal grande astronomo Aristarco di Samo (III secolo aC). Aristarco fu sostenuto dal babilonese Seleuco (II secolo aC), così come da Eraclide del Ponto, che considerava l'Universo infinito. Il fatto è che l'idea della rotazione quotidiana della Terra aveva i suoi sostenitori già nel I secolo d.C. e., evidenziato da alcune dichiarazioni dei filosofi Seneca, Dercyllidas e dell'astronomo Claudio Tolomeo. La stragrande maggioranza degli astronomi e dei filosofi, tuttavia, non dubitava dell’immobilità della Terra.

Gli argomenti contro l'idea del movimento della Terra si trovano nelle opere di Aristotele e Tolomeo. Quindi, nel suo trattato A proposito del paradiso Aristotele giustifica l'immobilità della Terra con il fatto che su una Terra in rotazione i corpi lanciati verticalmente verso l'alto non potrebbero cadere fino al punto da cui inizia il loro movimento: la superficie della Terra si sposterebbe sotto il corpo lanciato. Un altro argomento a favore dell'immobilità della Terra, dato da Aristotele, si basa sulla sua teoria fisica: la Terra è un corpo pesante, e i corpi pesanti tendono a muoversi verso il centro del mondo, e non a ruotare attorno ad esso.

Dal lavoro di Tolomeo segue che i sostenitori dell'ipotesi della rotazione della Terra hanno risposto a questi argomenti che sia l'aria che tutti gli oggetti terreni si muovono insieme alla Terra. A quanto pare, il ruolo dell'aria in questo argomento è di fondamentale importanza, poiché è implicito che sia il suo movimento insieme alla Terra a nascondere la rotazione del nostro pianeta. Tolomeo si oppone a ciò:

i corpi nell'aria sembreranno sempre restare indietro... E se i corpi ruotassero con l'aria come un tutt'uno, allora nessuno di loro sembrerebbe essere davanti o dietro l'altro, ma rimarrebbe sul posto, in volo e lanciandosi non farebbe deviazioni o spostamenti verso un altro luogo, come quelli che vediamo accadere personalmente, e non rallenterebbero o accelererebbero affatto, perché la Terra non è immobile.

Medioevo

India

Il primo autore medievale a suggerire che la Terra ruota attorno al proprio asse fu il grande astronomo e matematico indiano Aryabhata (fine V - inizi VI secolo). Lo formula in più punti del suo trattato Aryabhatiya, Per esempio:

Proprio come un uomo su una nave che si muove in avanti vede gli oggetti fissi che si muovono all'indietro, così un osservatore... vede le stelle fisse che si muovono in linea retta verso ovest.

Non è noto se questa idea appartenga allo stesso Aryabhata o se l'abbia presa in prestito dagli antichi astronomi greci.

Aryabhata fu sostenuta da un solo astronomo, Prthudaka (IX secolo). La maggior parte degli scienziati indiani difendeva l'immobilità della Terra. Pertanto, l'astronomo Varahamihira (VI secolo) sostenne che su una Terra in rotazione, gli uccelli che volavano nell'aria non potevano tornare ai loro nidi e pietre e alberi volavano via dalla superficie della Terra. Anche l'eminente astronomo Brahmagupta (VI secolo) ripeté l'antica tesi secondo cui un corpo caduto da un'alta montagna poteva sprofondare fino alla base. Allo stesso tempo, però, respinse uno degli argomenti di Varahamihira: secondo lui, anche se la Terra ruotasse, gli oggetti non potrebbero staccarsi da essa a causa della loro gravità.

Oriente islamico

La possibilità di rotazione della Terra era considerata da molti scienziati dell'Oriente musulmano. Così, il famoso geometra al-Sijizi inventò l'astrolabio, il cui principio di funzionamento si basa su questo presupposto. Alcuni studiosi islamici (i cui nomi non ci sono pervenuti) hanno addirittura trovato un modo corretto per confutare l'argomento principale contro la rotazione della Terra: la verticalità delle traiettorie dei corpi in caduta. In sostanza, è stato avanzato il principio di sovrapposizione dei movimenti, secondo il quale qualsiasi movimento può essere scomposto in due o più componenti: rispetto alla superficie della Terra in rotazione, un corpo che cade si muove lungo un filo a piombo, ma un punto che è una proiezione di questa linea sulla superficie della Terra verrebbe trasferita dalla sua rotazione. Ciò è evidenziato dal famoso enciclopedista al-Biruni, il quale, tuttavia, era propenso all'immobilità della Terra. A suo avviso, se sul corpo in caduta agisce una forza aggiuntiva, il risultato della sua azione sulla Terra in rotazione porterà ad alcuni effetti che in realtà non vengono osservati.

Tra gli scienziati dei secoli XIII-XVI associati agli osservatori di Maragha e Samarcanda, sorse una discussione sulla possibilità di una prova empirica dell'immobilità della Terra. Così, il famoso astronomo Qutb ad-Din ash-Shirazi (secoli XIII-XIV) credeva che l'immobilità della Terra potesse essere verificata sperimentalmente. D'altra parte, il fondatore dell'Osservatorio Maragha, Nasir ad-Din al-Tusi, credeva che se la Terra ruotasse, allora questa rotazione sarebbe divisa da uno strato d'aria adiacente alla sua superficie, e tutti i movimenti vicino alla superficie del pianeta la Terra si presenterebbe esattamente come se la Terra fosse immobile. Lo ha dimostrato con l'aiuto delle osservazioni delle comete: secondo Aristotele, le comete sono un fenomeno meteorologico negli strati superiori dell'atmosfera; tuttavia, le osservazioni astronomiche mostrano che le comete prendono parte alla rotazione quotidiana della sfera celeste. Di conseguenza gli strati superiori dell'aria vengono portati via dalla rotazione del cielo, quindi anche gli strati inferiori possono essere portati via dalla rotazione della Terra. Pertanto, l'esperimento non può rispondere alla domanda se la Terra ruota o meno. Tuttavia, rimase un sostenitore dell'immobilità della Terra, poiché ciò era in accordo con la filosofia di Aristotele.

La maggior parte degli studiosi islamici dei tempi successivi (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi e altri) concordavano con al-Tusi sul fatto che tutti i fenomeni fisici su una Terra rotante e stazionaria si sarebbero verificati nello stesso modo. . Tuttavia il ruolo dell'aria non era più considerato fondamentale: non solo l'aria, ma anche tutti gli oggetti vengono trasportati dalla Terra in rotazione. Di conseguenza, per giustificare l'immobilità della Terra è necessario coinvolgere gli insegnamenti di Aristotele.

Una posizione speciale in queste controversie fu presa dal terzo direttore dell'Osservatorio di Samarcanda, Alauddin Ali al-Kushchi (XV secolo), che rifiutava la filosofia di Aristotele e considerava fisicamente possibile la rotazione della Terra. Nel XVII secolo, il teologo ed enciclopedista iraniano Baha ad-Din al-Amili arrivò a una conclusione simile. A suo avviso, astronomi e filosofi non hanno fornito prove sufficienti per confutare la rotazione della Terra.

Occidente latino

Una discussione dettagliata sulla possibilità del movimento della Terra è ampiamente contenuta negli scritti degli scolastici parigini Jean-Buridan, Alberto di Sassonia e Nicola d'Oresme (seconda metà del XIV secolo). L'argomento più importante a favore della rotazione della Terra piuttosto che del cielo, fornito nelle loro opere, è la piccolezza della Terra rispetto all'Universo, che rende altamente innaturale attribuire la rotazione quotidiana del cielo all'Universo.

Tuttavia, tutti questi scienziati alla fine rifiutarono la rotazione della Terra, anche se su basi diverse. Alberto di Sassonia riteneva quindi che questa ipotesi non fosse in grado di spiegare i fenomeni astronomici osservati. Su questo punto giustamente non sono d'accordo Buridan e Oresme, secondo i quali i fenomeni celesti dovrebbero avvenire nello stesso modo indipendentemente dal fatto che la rotazione sia compiuta dalla Terra o dal Cosmo. Buridan è riuscito a trovare solo un argomento significativo contro la rotazione della Terra: le frecce lanciate verticalmente verso l'alto cadono lungo una linea verticale, sebbene con la rotazione della Terra, a suo avviso, dovrebbero restare indietro rispetto al movimento della Terra e cadere a ovest del punto del tiro.

Ma anche questa argomentazione è stata respinta da Oresme. Se la Terra ruota, la freccia vola verticalmente verso l'alto e allo stesso tempo si sposta verso est, catturata dall'aria che ruota con la Terra. Pertanto, la freccia dovrebbe cadere nello stesso punto da cui è stata lanciata. Anche se qui viene nuovamente menzionato il ruolo affascinante dell'aria, in realtà non gioca un ruolo speciale. La seguente analogia parla di questo:

Allo stesso modo, se l'aria fosse chiusa in una nave in movimento, allora a una persona circondata da quest'aria sembrerebbe che l'aria non si muova... Se una persona si trovasse su una nave che si muove ad alta velocità verso est, ignara di ciò movimento, e se allungasse la mano in linea retta lungo l'albero della nave, gli sembrerebbe che la sua mano stia facendo un movimento lineare; allo stesso modo, secondo questa teoria, ci sembra che la stessa cosa accada a una freccia quando la scagliamo verticalmente verso l'alto o verticalmente verso il basso. All'interno di una nave che si muove ad alta velocità verso est, possono verificarsi tutti i tipi di movimento: longitudinale, trasversale, verso il basso, verso l'alto, in tutte le direzioni - e appaiono esattamente come quando la nave è ferma.

Successivamente Oresme fornisce una formulazione che anticipa il principio di relatività:

Concludo quindi che è impossibile dimostrare con qualsiasi esperimento che i cieli abbiano un movimento diurno e che la terra no.

Tuttavia, il verdetto finale di Oresme sulla possibilità della rotazione terrestre è stato negativo. La base per questa conclusione era il testo della Bibbia:

Tuttavia, finora tutti sono d’accordo e io credo che sia [il Cielo] e non la Terra a muoversi, perché “Dio ha fatto il cerchio della Terra, che non si muoverà”, nonostante tutte le argomentazioni contrarie.

La possibilità della rotazione quotidiana della Terra fu menzionata anche dagli scienziati e dai filosofi europei medievali dei tempi successivi, ma non furono aggiunti nuovi argomenti che non fossero contenuti in Buridan e Oresme.

Pertanto, quasi nessuno degli scienziati medievali accettò l'ipotesi della rotazione della Terra. Tuttavia, durante la discussione, gli scienziati orientali e occidentali espressero molti pensieri profondi, che sarebbero stati poi ripetuti dagli scienziati della New Age.

Rinascimento e tempi moderni

Nella prima metà del XVI secolo furono pubblicati diversi lavori che sostenevano che la causa della rotazione quotidiana del cielo era la rotazione della Terra attorno al proprio asse. Uno di questi era il trattato dell'italiano Celio Calcagnini “Sul fatto che il cielo è immobile e la Terra ruota, o sul moto perpetuo della Terra” (scritto intorno al 1525, pubblicato nel 1544). Non fece molta impressione sui suoi contemporanei, poiché a quel tempo era già stata pubblicata l'opera fondamentale dell'astronomo polacco Nicolaus Copernicus “Sulle rotazioni delle sfere celesti” (1543), dove l'ipotesi della rotazione giornaliera delle sfere celesti la Terra divenne parte del sistema eliocentrico del mondo, come Aristarco di Samo. . Copernico aveva precedentemente delineato i suoi pensieri in un piccolo saggio scritto a mano Piccolo commento(non prima del 1515). Due anni prima dell'opera principale di Copernico, fu pubblicata l'opera dell'astronomo tedesco Georg Joachim Rheticus Prima narrazione(1541), dove venne esposta popolarmente la teoria di Copernico.

Nel XVI secolo, Copernico fu pienamente sostenuto dagli astronomi Thomas Digges, Rheticus, Christoph Rothmann, Michael Möstlin, dai fisici Giambatista Benedetti, Simon Stevin, dal filosofo Giordano Bruno e dal teologo Diego de Zuniga. Alcuni scienziati accettavano la rotazione della Terra attorno al proprio asse, rifiutandone il movimento traslatorio. Questa era la posizione dell'astronomo tedesco Nicholas Reimers, detto Ursus, così come dei filosofi italiani Andrea Cesalpino e Francesco Patrizi. Il punto di vista dell'eccezionale fisico William Hilbert, che sosteneva la rotazione assiale della Terra, ma non parlava del suo movimento traslatorio, non è del tutto chiaro. All'inizio del XVII secolo, il sistema eliocentrico del mondo (compresa la rotazione della Terra attorno al proprio asse) ricevette un notevole sostegno da Galileo Galilei e Giovanni Kepler. Gli oppositori più influenti dell'idea del movimento della Terra nel XVI e all'inizio del XVII secolo furono gli astronomi Tycho Brahe e Christopher Clavius.

L'ipotesi sulla rotazione della Terra e la formazione della meccanica classica

Essenzialmente, nei secoli XVI-XVII. l'unico argomento a favore della rotazione assiale della Terra era che in questo caso non è necessario attribuire enormi velocità di rotazione alla sfera stellare, perché anche nell'antichità era già stato stabilito in modo affidabile che la dimensione dell'Universo supera significativamente la dimensione della Terra (questo argomento era contenuto anche in Buridan e Oresme).

Contro questa ipotesi furono espresse considerazioni basate sui concetti dinamici dell'epoca. Innanzitutto questa è la verticalità delle traiettorie dei corpi in caduta. Apparvero anche altri argomenti, ad esempio, la parità di tiro nelle direzioni orientale e occidentale. Rispondendo alla domanda sull’inosservabilità degli effetti della rotazione quotidiana negli esperimenti terrestri, Copernico scrisse:

Non solo la Terra ruota con l'elemento acqua ad essa collegato, ma anche una parte considerevole dell'aria e tutto ciò che è in qualche modo affine alla Terra, ovvero l'aria più vicina alla Terra, satura di materia terrestre e acquea, segue le stesse leggi della natura della Terra, oppure ha acquisito il movimento, che le viene impartito dalla Terra adiacente in costante rotazione e senza alcuna resistenza

Pertanto, il ruolo principale nell’inosservabilità della rotazione terrestre è giocato dal trascinamento dell’aria attraverso la sua rotazione. La maggioranza dei copernicani del XVI secolo condivideva la stessa opinione.

I sostenitori dell'infinito dell'Universo nel XVI secolo furono anche Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrizi - tutti sostenevano l'ipotesi che la Terra ruota attorno al proprio asse (e i primi due anche attorno al Sole). Christoph Rothmann e Galileo Galilei credevano che le stelle si trovassero a distanze diverse dalla Terra, sebbene non parlassero esplicitamente dell'infinito dell'Universo. D'altra parte, Giovanni Keplero negava l'infinità dell'Universo, sebbene fosse un sostenitore della rotazione della Terra.

Contesto religioso per il dibattito sulla rotazione terrestre

Numerose obiezioni alla rotazione della Terra erano associate alle sue contraddizioni con il testo della Sacra Scrittura. Tali obiezioni erano di due tipi. Innanzitutto sono stati citati alcuni passi della Bibbia per confermare che è il Sole a compiere il movimento quotidiano, ad esempio:

Il sole sorge e il sole tramonta, e si affretta al luogo dove sorge.

In questo caso, la rotazione assiale della Terra è stata influenzata, poiché il movimento del Sole da est a ovest fa parte della rotazione quotidiana del cielo. A questo proposito viene spesso citato un passo del libro di Giosuè:

Gesù gridò al Signore nel giorno in cui il Signore consegnò gli Amorei nelle mani d'Israele, quando li sconfisse a Gabaon, e furono battuti davanti ai figli d'Israele, e dissero davanti agli Israeliti: Stai, o sole, su Gabaon , e la luna, sopra la valle di Avalon. !

Poiché il comando di fermarsi è stato dato al Sole, e non alla Terra, si è concluso che fosse il Sole a compiere il movimento quotidiano. Altri passaggi sono stati citati a sostegno dell'immobilità della Terra, ad esempio:

Hai fondato la terra su solide basi: non vacilla nei secoli dei secoli.

Si riteneva che questi passaggi contraddicessero sia la visione secondo cui la Terra ruota attorno al proprio asse sia la rivoluzione attorno al Sole.

I sostenitori della rotazione della Terra (in particolare Giordano-Bruno, Giovanni-Kepler e soprattutto Galileo-Galilei) sostenevano su più fronti. In primo luogo, hanno sottolineato che la Bibbia è stata scritta in un linguaggio comprensibile alla gente comune e che, se i suoi autori avessero fornito un linguaggio scientificamente chiaro, non sarebbe stata in grado di adempiere alla sua principale missione religiosa. Così Bruno scrive:

In molti casi è insensato e sconsigliabile ragionare molto secondo la verità piuttosto che secondo il caso e la convenienza. Ad esempio, se invece delle parole: "Il sole nasce e sorge, passa attraverso mezzogiorno e si inclina verso Aquilone", il saggio diceva: "La terra gira in cerchio verso est e, lasciando il sole, che tramonta, si inclina verso i due tropici, dal Cancro al Sud, dal Capricorno all’Aquilone”, allora gli ascoltatori comincerebbero a pensare: “Come? Dice che la terra si muove? Che razza di notizia è questa? Alla fine lo avrebbero considerato uno sciocco, e uno sciocco lo sarebbe stato davvero.

Questo tipo di risposta venne data soprattutto alle obiezioni riguardanti il ​​movimento diurno del Sole. In secondo luogo, è stato notato che alcuni passi della Bibbia vanno interpretati allegoricamente (vedi articolo Allegorismo biblico). Pertanto, Galileo notò che se la Sacra Scrittura viene presa alla lettera nella sua interezza, si scoprirà che Dio ha le mani, è soggetto a emozioni come l'ira, ecc. In generale, l'idea principale dei difensori della dottrina della movimento della Terra era che scienza e religione hanno obiettivi diversi: la scienza esamina i fenomeni del mondo materiale, guidata dagli argomenti della ragione, l'obiettivo della religione è il miglioramento morale dell'uomo, la sua salvezza. Galileo a questo proposito citava il cardinale Baronio secondo cui la Bibbia insegna come ascendere al cielo, non come funziona il cielo.

Questi argomenti furono considerati poco convincenti dalla Chiesa cattolica, e nel 1616 la dottrina della rotazione della Terra fu proibita, e nel 1631 Galileo fu condannato dall'Inquisizione per la sua difesa. Tuttavia, fuori dall’Italia, questo divieto non ha avuto un impatto significativo sullo sviluppo della scienza e ha contribuito principalmente al declino dell’autorità della stessa Chiesa cattolica.

Va aggiunto che gli argomenti religiosi contro il movimento della Terra sono stati avanzati non solo dai leader della chiesa, ma anche dagli scienziati (ad esempio Tycho Brahe). D’altronde il monaco cattolico Paolo Foscarini scrisse un breve saggio “Lettera sulle opinioni dei Pitagorici e di Copernico sulla mobilità della Terra e sull’immobilità del Sole e sul nuovo sistema pitagorico dell’universo” (1615), dove espresse considerazioni vicine a quelle di Galileo, e il teologo spagnolo Diego de Zuniga utilizzò addirittura la teoria copernicana per interpretare alcuni passi della Scrittura (anche se poi cambiò idea). Pertanto, il conflitto tra teologia e dottrina del movimento della Terra non era tanto un conflitto tra scienza e religione in quanto tale, ma un conflitto tra i vecchi (già obsoleti all'inizio del XVII secolo) e i nuovi principi metodologici alla base della scienza. .

Il significato dell'ipotesi sulla rotazione della Terra per lo sviluppo della scienza

La comprensione dei problemi scientifici sollevati dalla teoria della rotazione della Terra ha contribuito alla scoperta delle leggi della meccanica classica e alla creazione di una nuova cosmologia, basata sull'idea dell'illimitatezza dell'Universo. Discusse durante questo processo, le contraddizioni tra questa teoria e la lettura letteralista della Bibbia contribuirono alla demarcazione tra scienza naturale e religione.