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 ))) \ right) \ omega ), де R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 км – екваторіальний радіус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 км – полярний радіус.
- Літак, що летить із цією швидкістю зі сходу на захід (на висоті 12 км: 936 км/год на широті Москви, 837 км/год на широті Санкт-Петербурга) в інерційній системі відліку буде спочивати.
- Суперпозиція обертання Землі навколо осі з періодом в одну зоряну добу і навколо Сонця з періодом в один рік призводить до нерівності сонячної та зоряної доби: довжина середньої сонячної доби становить рівно 24 години, що на 3 хвилини 56 секунд довше за зоряну добу.
Фізичний зміст та експериментальні підтвердження
Фізичний сенс обертання Землі навколо осі
Оскільки будь-який рух є відносним, необхідно вказувати конкретну систему відліку, щодо якої вивчається рух того чи іншого тіла. Коли кажуть, що Земля обертається навколо уявної осі, мається на увазі, що вона здійснює обертальний рух щодо будь-якої інерційної системи відліку , причому період цього обертання дорівнює зоряним добам - періоду повного обороту Землі (небесної сфери) відносно небесної.
Всі експериментальні докази обертання Землі навколо осі зводяться до доказу того, що система відліку, пов'язана з Землею, є неінерціальною системою відліку спеціального виду - системою відліку, що здійснює обертальний рух щодо інерційних систем відліку .
На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку), для виявлення неінерційного руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, зроблених усередині цієї лабораторії). У цьому сенсі слова неінерційний рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названий абсолютним.
Сили інерції
Ефекти відцентрової сили
Залежність прискорення вільного падіння географічної широти.Експерименти показують, що прискорення “вільного” падіння залежить від географічної широти: чим ближче до полюса, тим воно більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань r (\displaystyle r)від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили та площиною горизонту зменшується, що призводить до зменшення вертикальної компоненти відцентрової сили.
Це явище було відкрито в 1672 році, коли французький астроном Жан Ріше, перебуваючи в експедиції в Африці, виявив, що у екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж у Парижі. Ньютон невдовзі пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний квадратному кореню з прискорення вільного падіння, яке зменшується на екваторі через дії відцентрової сили.
Сплюснутість Землі.Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутості Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном наприкінці XVII століття, було вперше виявлено П'єром-де-Мопертюї наприкінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми в Перу (під керівництвом П'єра-Бугера і Шарля-на-Шарля ) і Лапландію (під керівництвом Алексіса Клеро і самого Мопертюї).
Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти
Найбільш чітко цей ефект має бути виражений на полюсах, де період повного повороту площини маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряної доби). У випадку, період назад пропорційний синусу географічної широти , на екваторі площину коливань маятника незмінна.
Гіроскоп- тіло, що обертається, зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних обурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко не на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а отже, повільно повертався щодо спостерігача.
Відхилення снарядів при гарматній стрільбі.Іншим спостерігається проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (у північній півкулі вправо, в південній - вліво), що вистрілюються в горизонтальному напрямку. З точки зору інерційної системи відліку, для снарядів, що вистрілюються вздовж меридіана, це пов'язано з залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінної, в той час як лінійна швидкість обертання що призводить до зміщення снаряда від меридіана у бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язане з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, тоді як точки земної поверхні рухаються в площині перпендикулярної осі обертання Землі. Цей ефект (для випадку стрілянини вздовж меридіана) було передбачено Гримальді у 40-х роках XVII ст. і вперше опубліковано Річчолі у 1651 р.
Відхилення тіл, що вільно падають, від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса спрямована на схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерційній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина вежі щодо центру Землі рухається швидше, ніж основа, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузькою параболою і тіло злегка випереджає основу вежі.
Ефект Етвеша.На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована у вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, залежно від того, чи тіло рухається на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша на честь угорського фізика Лоранда Етвёша, який експериментально виявив його на початку XX століття.
Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу.Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерційній системі відліку величина моменту імпульсу (рівна добутку моменту інерції на кутову швидкість обертання) під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо деякий початковий момент часу установка нерухома щодо Землі, то швидкість її обертання щодо інерційної системи відліку дорівнює кутовий швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, має змінитися кутова швидкість її обертання, тобто почнеться обертання щодо Землі. У неінерційній системі відліку, пов'язаної із Землею, обертання виникає внаслідок дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким ученим Луї Пуансо в 1851 р.
Перший такий експеримент був поставлений Хагеном в 1910: два вантажі на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла у обертання. Ще наочніший досвід поставив німецький учений Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 р. Стрижень довжиною приблизно 1,5 метра був встановлений перпендикулярно до прямокутної рамки. Спочатку стрижень був горизонтальний, установка була нерухомою щодо Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в 10 4 разів та її швидкого обертання з кутовою швидкістю, що у 10 4 разів перевищує швидкість обертання Землі.
Вирва у ванні.
Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона дуже мало впливає на напрям закручування води при зливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрям обертання у вирві не пов'язаний з обертанням Землі. Тільки в ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: у північній півкулі вирва буде закручена проти годинникової стрілки, у південній - навпаки.
Ефекти сили Коріоліса: явища у навколишній природі
Оптичні експерименти
В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевий інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз
?де A (\displaystyle A)- площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну до осі обертання), c (\displaystyle c)- швидкість світла , ω (\displaystyle \omega)- Кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект використали американським фізиком Майкельсоном у серії експериментів, поставлених у 1923-1925 рр. . У сучасних експериментах, які використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.
Існує низка інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.
Нерівномірність обертання
Прецесія та нутація
Історія ідеї добового обертання Землі
Античність
Пояснення добового обертання небосхилу обертанням Землі навколо осі вперше було запропоновано представниками піфагорійської школи, сиракузянами Гікет і Екфантом. Згідно з деякими реконструкціями, обертання Землі стверджував також піфагорієць Філолай з Кротона (V століття до н. Е..). Висловлювання, яке можна трактувати як вказівку на обертання Землі, міститься у Платонівському діалозі Тімей .
Однак про Гікет і Екфанта практично нічого невідомо, і навіть саме їх існування іноді піддається сумніву. На думку більшості вчених, Земля у системі світу Філолая робила не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. В інших своїх творах Платон дотримується традиційної думки про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідчення, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід-Понтійський (IV століття до н.е.). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язане ще одне припущення Геракліда: кожна зірка є світом, що включає землю, повітря, ефір, причому все це знаходиться в нескінченному просторі. Справді, якщо добове обертання піднебіння є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки, що знаходяться на одній сфері.
Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовою першою, запропонованою великим астрономом Аристархом-Самоським (III століття до н. Е..). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н.е.), так само, як і Гераклід-Понтійський, який вважав Всесвіт нескінченним. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще у I столітті зв. е.., свідчать деякі висловлювання філософів Сенеки, Деркілліда, астронома Клавдія Птолемея. Переважна більшість астрономів та філософів, однак, не сумнівалася у нерухомості Землі.
Аргументи проти ідеї руху Землі є у творах Аристотеля і Птолемея. Так, у своєму трактаті Про НебоАристотель обгрунтує нерухомість Землі тим, що на Землі, що обертається, кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почався їх рух: поверхня Землі зрушувалася б під кинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, наведений Аристотелем, заснований на його фізичній теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властиво рух до центру світу, а не обертання навколо нього.
З твору Птолемея випливає, що прихильники гіпотези обертання Землі на ці докази відповідали, що повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. Очевидно, роль повітря у цій міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що
тіла, що знаходяться в повітрі, завжди будуть здаватися відстаючими... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то жодне з них не здавалося б випереджаючим інше або відстаючим від нього, але залишалося б на місці, в польоті і киданні воно не робило б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми на власні очі бачимо такими, що відбуваються, і в них взагалі не відбувалося б уповільнення або прискорення, тому що Земля не є нерухомою.
Середньовіччя
Індія
Першим із середньовічних авторів, який висловив припущення про обертання Землі навколо осі, був великий індійський астроном і математик Аріабхата (кін. V – поч. VI ст.). Він формулює її у кількох місцях свого трактату Аріабхатія, наприклад:
Так само, як людина на кораблі, що рухається вперед, бачить закріплені об'єкти, що рухаються назад, так і спостерігач… бачить нерухомі зірки, що рухаються по прямій лінії на захід.
Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхаті, чи він її запозичив у давньогрецьких астрономів.
Аріабхату підтримав лише один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювало нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) стверджував, що на Землі, що обертається, птахи, що летять у повітрі, не могли б повернутися до своїх гнізд, а каміння і дерева злітали б з поверхні Землі. Визначний астроном Брахмагупта (VI в.) повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гори, але змогло б опуститися до її заснування. При цьому він, однак, відкинув один із доводів Варахаміхіри: на його думку, навіть якби Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї внаслідок своєї тяжкості.
Ісламський Схід
Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої заснований на цьому припущенні. Деякі ісламські вчені (імена яких до нас не дійшли) навіть знайшли правильний спосіб спростування основного аргументу проти обертання Землі: вертикальності траєкторій тіл, що падають. По суті, при цьому був висловлений принцип суперпозиції рухів, згідно з яким будь-яке переміщення можна розкласти на два або кілька складових: по відношенню до поверхні Землі, що обертається, падаюче тіло рухається по прямовисній лінії, але точка, що є проекцією цієї лінії на поверхню Землі, переноситься б її обертанням. Про це свідчить знаменитий учений-енциклопедист ал-Біруні, який сам, однак, схилявся до нерухомості Землі. На його думку, якщо на падаюче тіло діятиме якась додаткова сила, то результат її дії на Землі, що обертається, призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.
Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних із Марагінською та Самаркандською обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обґрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб-ад-Дін-аш-Шіразі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути засвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагинської обсерваторії Насірад-Дін-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання розділяв би шар повітря, прилеглий до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б так само, якби Земля була нерухомою. Він це обґрунтовував за допомогою спостережень комет: згідно з Аристотелем, комети є метеорологічним явищем у верхніх шарах атмосфери; Проте астрономічні спостереження показують, що комети беруть участь у добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповіді на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомості Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.
Більшість ісламських вчених пізнішого часу (аль-Урді, аль-Казвіні, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанді та інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явища на обертається і нерухомої Землею відбувалися б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, але і всі предмети переносяться Землею, що обертається. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.
Особливу позицію в цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Алауддін-Алі-аль-Кущі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті до аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха-ад-Дін-ал-Амілі. На його думку, астрономи та філософи не надали достатніх доказів, які спростовують обертання Землі.
Латинський Захід
Детальне обговорення можливості руху Землі широко міститься в творах паризьких схоластів Жана-Буридана, Альберта-Саксонського, і Миколи-Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а чи неба, наведеним у тому роботах, є трохи Землі проти Всесвіту, що робить приписування добового обертання небозводу Всесвіту надзвичайно протиприродним.
Проте всі ці вчені зрештою відкинули обертання Землі, хоч і на різних підставах. Так, Альберт-Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити астрономічні явища, що спостерігаються. З цим справедливо не погодилися Бурідан і Орем, на думку яких небесні явища повинні відбуватися однаково незалежно від того, що обертає Земля або Космос. Буридан зміг знайти лише один істотний аргумент проти обертання Землі: стріли, що пускаються вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, мали б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.
Але навіть і цей аргумент був відкинутий Оремом. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і водночас рухається Схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом із Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки її випустили. Хоча тут знову згадується про роль повітря, що захоплює, насправді він не відіграє особливої ролі. Про це свідчить така аналогія:
Подібним чином, якби повітря було закрите в судні, що рухається, то людині, оточеній цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається... Якби людина знаходилася в кораблі, що рухається з великою швидкістю на схід, не знаючи про цей рух, і якби він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому здалося, що його рука здійснює прямолінійний рух; так само, згідно з цією теорією, нам видається, що така ж річ відбувається зі стрілою, коли ми пускаємо її вертикально вгору або вертикально вниз. Усередині корабля, що рухається з великою швидкістю на схід, можуть мати місце всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, у всіх напрямках - і вони здаються точно такими, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.
Далі Орем наводить формулювання, що передбачає принцип відносності :
Я укладаю, отже, за допомогою будь-якого досвіду неможливо продемонструвати, що небеса мають добовий рух і що Земля його не має.
Проте остаточний вердикт Орема про можливість обертання Землі був негативним. Підставою для такого висновку був текст Біблії:
Однак досі всі підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, яке не захитається», незважаючи на всі протилежні аргументи.
Про можливість добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені та філософи пізнішого часу, проте жодних нових аргументів, що не містилися у Бурідана та Орема, додано не було.
Таким чином, практично ніхто із середньовічних вчених так і не прийняв гіпотезу про обертання Землі. Однак під час її обговорення вченими Сходу та Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.
Епоха Відродження та Новий час
У першій половині XVI століття побачили світ кілька творів, які стверджували, що причиною добового обертання небосхилу є обертання Землі навколо осі. Одним з них був трактат італійця Челіо Кальканьїні «Про те, що небо нерухоме, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525, виданий в 1544). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже була опублікована фундаментальна праця польського астронома Миколи-Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 р.), де гіпотеза добового обертання Землі у нього стала частиною геліоцентричної системи Ариста . Свої думки Коперник раніше виклав у невеликому рукописному творі Малий Коментар(Не раніше 1515). Два роки раніше основної праці Коперника вийшов твір німецького астронома Георга Іоахіма Ретика Перша розповідь(1541), де популярно викладена теорія Коперника.
У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас Діггес, Ретік, Крістоф Ротман, Міхаель Местлін, фізики Джамбатиста Бенедетті, Симон Стевін, філософ Джордано Бруно, богослов Дієго де Цуніга. Деякі вчені приймали обертання Землі навколо осі, відкидаючи її поступальний рух. Такою була позиція німецького астронома Ніколаса-Реймерса, відомого також як Урсус, а також італійських філософів Андреа-Чезальпіно і Франческо-Патриці. Не зовсім зрозуміла точка зору видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертання Землі, але не висловлювався з приводу її поступального руху. На початку XVII століття геліоцентрична система світу (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала значну підтримку з боку Галілео-Галілея та Йоганна-Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо-Браге і Христофор-Клавіус.
Гіпотеза про обертання Землі та становлення класичної механіки
Фактично, в XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба у приписуванні зірковій сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще у Бурідана та Орема) .
Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних уставах того часу. Насамперед, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися й інші докази, наприклад, рівна дальність стрілянини у східному та західному напрямках. Відповідаючи питанням про ненаблюдаемости ефектів добового обертання у земних експериментах, Коперник писав:
Обертається не тільки Земля зі сполученою з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином схоже на Землю, або вже найближче до Землі повітря просочене земною і водною матерією, слідує тим самим законам природи, що і Земля, або має набутий рух, який повідомляється йому прилеглою Землею в постійному обертанні і без жодного опору
Отже, головну роль ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої думки дотримувалися і більшість коперниканцев у XVI столітті.
Прихильниками нескінченності Всесвіту в XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно, Франческо Патриці - всі вони підтримували гіпотезу про обертання Землі навколо осі (а перші двоє - також навколо Сонця). Крістоф Ротман і Галілео Галілей вважали зірки розташованими на різних відстанях від Землі, хоча явно не висловлювалися з приводу нескінченності Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоча і був прихильником обертання Землі.
Релігійний контекст суперечок про обертання Землі
Ряд заперечень проти обертання Землі був із її протиріччями тексту Святого Письма. Ці заперечення були двох видів. По-перше, деякі місця в Біблії наводилися на підтвердження того, що добовий рух здійснює саме Сонце, наприклад:
Сходить сонце і заходить сонце, і поспішає до свого місця, де воно сходить.
У разі під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу захід є частиною добового обертання небозводу. Часто у зв'язку з цим цитувався уривок з книги Ісуса.
Ісус покликав до Господа того дня, коли Господь Аморрея віддав до Ізраїлевих рук, коли побив їх у Ґів'оні, і вони були побиті перед лицем Ізраїлевих синів. !
Оскільки команда зупинитись була дана Сонцю, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомості Землі, наприклад:
Ти поставив землю на твердих основах: не похитнеться вона на віки й повіки.
Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думці про обертання Землі навколо осі, так і звернення навколо Сонця.
Прихильники обертання Землі (зокрема, Джордано-Бруно, Йоганн-Кеплер і особливо Галілео-Галілей) проводили захист за декількома напрямками. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукового погляду формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:
У багатьох випадках безглуздо і недоцільно наводити багато міркувань скоріше відповідно до істини, ніж відповідно до цієї нагоди та зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через полудень і схиляється до Аквілона» - мудрець сказав: «Земля йде по колу на схід і, покидаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака до Півдня, від Козерога до Аквілона», - то слухачі почали б роздумувати: «Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? Зрештою вони його вважали б за дурня, і він справді був би дурнем.
Такі відповіді давалися переважно на заперечення, що стосувалися добового руху Сонця. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії мають бути трактовані алегорично (див. статтю Біблійний алегоризм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоцій типу гніву тощо. Загалом, головною думкою захисників вчення про рух Землі було те, що наука і релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись доказами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, її порятунок. Галілей у зв'язку з цим цитував кардинала Бароніо, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.
Ці аргументи вважали католицькою церквою непереконливими, й у 1616 р. вчення про обертанні Землі було заборонено, а 1631 р. Галілей було засуджено судом інквізиції його захист. Однак за межами Італії ця заборона не вплинула на розвиток науки і сприяла головним чином падінню авторитету самої католицької церкви.
Необхідно додати, що релігійні аргументи проти руху Землі наводили як церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге ). З іншого боку, католицький чернець Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про погляди піфагорійців і Коперника на рухливість Землі та нерухомість Сонця і про нову піфагорійську систему світобудови» (1615 р.), де висловлював міркування, близькі до Гале Цуніга навіть використав теорію Коперника для тлумачення деяких місць Святого Письма (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не так конфліктом між наукою та релігією як такими, як конфліктом між старими (на початку XVII століття вже застарілими) та новими методологічними принципами, які спираються на основу науки.
Значення гіпотези про обертання Землі у розвиток науки
Осмислення наукових проблем, що порушуються теорією Землі, що обертається, сприяло відкриттю законів класичної механіки і створенню нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Протиріччя між цією теорією і буквалістським прочитанням Біблії, що обговорювалися в ході цього процесу, сприяли розмежуванню природознавства і релігії.
Для спостерігача, що знаходиться в Північній півкулі, наприклад, у європейській частині Росії, Сонце звично сходить на сході і піднімається на південь, займаючи опівдні найвищу позицію на небосхилі, потім хилиться на захід і ховається за лінією горизонту. Цей рух Сонця є лише видимим і викликаний обертанням Землі навколо своєї осі. Якщо дивитися на Землю зверху у напрямку Північного полюса, то вона обертатиметься проти годинникової стрілки. Сонце у своїй перебуває дома, видимість його руху створюється з допомогою обертання Землі.
Річне обертання Землі
Навколо Сонця Земля також обертається проти годинникової стрілки: якщо дивитися на планету згори, з боку Північного полюса. Так як земна вісь має нахил щодо площини обертання, у міру обертання Землі навколо Сонця вона висвітлює її нерівномірно. Одні області сонячного світла потрапляє більше, інші – менше. Завдяки цьому відбувається зміна пір року та зміна тривалості дня.
Весняне та осіннє рівнодення
Двічі на рік, 21 березня та 23 вересня, Сонце однаково висвітлює Північну та Південну півкулі. Ці моменти відомі як і осіннє рівнодення. У березні у Північній півкулі починається, у Південній – осінь. У вересні, навпаки, до Північної півкулі приходить осінь, а до Південної – весна.
Літнє та зимове сонцестояння
У Північній півкулі 22 червня Сонце найвище піднімається над горизонтом. День має найбільшу тривалість, а ніч цієї доби найкоротша. Зимове сонцестояння відбувається 22 грудня - день має найкоротшу тривалість, а ніч максимально довга. У Південній півкулі все відбувається навпаки.
Полярна ніч
Через нахил земної осі полярні та приполярні області Північної півкулі в зимові місяці виявляються без сонячного світла – Сонце взагалі не піднімається над горизонтом. Це явище відоме як полярна ніч. Аналогічна полярна ніч існує і для приполярних областей Південної півкулі, різниця між ними складає рівно півроку.
Що дає Землі її обертання навколо Сонця
Планети не можуть не обертатися навколо своїх світил – інакше вони просто були б притягнуті і згоріли. Унікальність Землі полягає в тому, що нахил її осі в 23,44о виявився оптимальним для виникнення всього різноманіття життя на планеті.
Саме завдяки нахилу осі відбувається зміна пір року, існують різні кліматичні зони, що забезпечили різноманітність земної флори та фауни. Зміна нагріву земної поверхні забезпечує рух повітряних мас, отже, і випадання опадів як дощу і снігу.
Відстань від Землі до Сонця в 149600000 км також виявилася оптимальною. Трохи далі, і вода на Землі була лише у вигляді льоду. Трохи ближче, і температура була б занадто висока. Саме виникнення життя на Землі та різноманіття її форм стало можливим саме завдяки унікальному збігу такого безлічі факторів.
Людина бачить Землю плоскою, але вже давно встановлено, що Земля це куля. Люди домовилися назвати це небесне тіло планетою. Звідки взялася така назва?
Давньогрецькі астрономи, які спостерігали за поведінкою небесних тіл, ввели у вжиток два протилежні за змістом терміни: planetes asteres - «зірки» - небесні тіла, подібні до зірок, що переміщаються протягом ; asteres aplanis - «нерухомі зірки» - небесні тіла, що залишалися нерухомими протягом року. Грекам були відомі Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн, видні неозброєним оком, але вони називали їх не «планетами», а «блукаючими». У Стародавньому Римі астрономи вже назвали ці тіла «планетами», поповнивши цей Сонцем та Місяцем. Уявлення про семипланетну систему збереглося до Середньовіччя. Микола Коперник у XVI столітті перевернув погляди на пристрій, помітивши його геліоцентричність. Земля, яка вважалася раніше центром світу, була зведена до становища однієї з планет, що обертаються навколо Сонця. В 1543 Коперник опублікував свою працю під назвою «Про звернення небесних сфер», в якому і виклав свою точку зору. На жаль, церква не оцінила революційний характер поглядів Коперника: його сумна доля відома. До речі, за словами Енгельса, «звільнення природознавства від теології» розпочинає своє літочислення саме з опублікованої роботи Коперника. Отже, Коперник замістив геоцентричну систему світу геліоцентричної. Назва «планети» за Землею закріпилася. Визначення планети, взагалі, завжди було неоднозначним. Одні астрономи стверджують, що планета має бути досить масивною, інші вважають це необов'язковою умовою. Якщо підійти до питання формально, Землю можна сміливо називати планетою, хоча б тому, що саме слово «планета» походить від давньогрецького planis, що означає «рухливий», а рухливість Землі сучасна наука не сумнівається.
«І все-таки, вона крутиться!» – цю енциклопедичну фразу, вимовлену фізиком та астрономом минулого Галілео Галілеєм, ми знаємо ще зі шкільної доби. А ось чому Земля крутиться? Насправді це питання дуже часто задають своїм батькам будучи маленькими дітьми, та й самі дорослі не проти збагнути таємниці обертання Землі.
Вперше про те, що Земля крутиться навколо своєї осі, говорив у своїх наукових працях ще на початку 16 століття італійський учений. А ось з приводу того, що відбувається обертання, завжди було багато суперечок у науковому середовищі. Одна з найпоширеніших теорій розповідає, що в процесі обертання землі головну роль відіграли інші процеси - ті, які йшли в незапам'ятні часи, коли тільки освіта. "Збивалися воєдино" хмари космічного пилу, і таким чином утворювалися "зародки" планет. Потім «притягувалися» інші космічні тіла – більші та менші. Саме зіткненням з великими небесними, на думку ряду вчених, і зумовлено постійне обертання планет. А потім, згідно з теорією, за інерцією продовжили обертання. Щоправда, якщо зважати на цю теорію, виникає багато закономірних питань. Чому в Сонячній системі шість планет, що обертаються в один бік, а ще одна - Венера в протилежну? Чому планета Уран обертається таким чином, що на цій планеті немає зміни доби? Чому швидкість обертання землі може змінюватись (незначно, звичайно, але все-таки)? На всі ці питання вченим ще треба відповісти. Відомо, що Земля має властивість дещо уповільнювати своє обертання. Кожне століття збільшується час повного обороту навколо осі приблизно на 0,0024 секунди. Вчені пов'язують це із впливом супутника Землі – Місяця. Ну а про планети Сонячної системи можна сказати, що «найповільнішою» обертанням вважається планета Венера, найшвидшою – Уран.
Джерела:
- Щошість років Земля крутиться швидше - Naked Science
Земля бере участь у кількох видах рухів: навколо власної осі, разом з іншими планетами Сонячної системи навколо Сонця, разом із Сонячною системою навколо центру Галактики та ін. Однак найбільш важливим для природи Землі є рухи навколо власної осіі навколо Сонця.
Рух Землі навколо власної осі називається осьовим обертанням.Воно здійснюється у напрямку із заходу на схід(проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку Північного полюса). Період осьового обертання дорівнює приблизно 24 години (23 години 56 хвилин 4 секунди),тобто земною добою. Тому осьовий рух називається добовим.
Осьовий рух Землі має як мінімум чотири основні слідства : фігура Землі; зміна дня та ночі; виникнення сили Коріоліса; виникнення припливів та відливів.
Внаслідок осьового обертання у Землі виникає полярний стиск, тому і її фігура є еліпсоїд обертання.
Обертаючи навколо осі, Земля «направляє» до Сонця то одну півкулю, то іншу. На освітленому боці – день, на неосвітленій – ніч. Тривалість дня та ночі у різних широтах визначається положенням Землі на орбіті. У зв'язку зі зміною дня і ночі спостерігається добова ритміка, найбільш яскраво виражена в об'єктів живої природи.
Обертання Землі «примушує» тіла, що рухаються. відхилятися від спрямування свого первісного руху,причому в Північній півкулі - праворуч, а в Південній - ліворуч.Відхиляюча дія обертання Землі отримала назву сили Коріоліса.Найбільш яскравими проявами цієї сили є відхилення у напрямку руху повітряних мас(пасати обох півкуль набувають східної складової), океанських течій, течії річок.
Притягання Місяця та Сонця разом із осьовим обертанням Землі зумовлюють виникнення припливних явищ. Приливна хвиля обходить Землю двічі на день. Припливи та відливи властиві всім геосфер Землі, проте найвиразніше вони виражені в гідросфері.
Не менше значення для природи землі має її орбітальний рух навколо Сонця.
Обрита Землі має еліптичну форму, тобто у різних її точках відстань між Землею та Сонцем неоднакова. У липніЗемля знаходиться далі від Сонця (152 млн км)і тому її рух по орбіті злегка сповільнюється. Внаслідок цього Північна півкуля отримує більше тепла в порівнянні з Південним і тут довше літо. У січнівідстань між Землею та Сонцем мінімальна і дорівнює 147 млн км.
Період орбітального руху становить 365 повних діб та 6 годин.Кожен четвертий ріквважається високосним, тобто містить 366 діб, оскільки за 4 роки накопичується зайва доба.Прийнято вважати, що основним наслідком орбітального руху є зміна пір року. Однак це відбувається не тільки внаслідок річного руху Землі, а й через нахил земної осі до площини екліптики, а також у зв'язку з сталістю величини цього кута, що становить 66,5°. 
Орбіта Землі має кілька ключових точок, які відповідають дням рівнодення та сонцестояння. 22 червня – день літнього сонцестояння.Цього дня Земля повернута до Сонця Північною півкулею, тому в цій півкулі літо. Промені Сонця падають під прямим кутом на паралель 23,5° пн.ш.- Північний тропік. На Північному полярному колі та всередині нього – полярний день, на Південному полярному колі та на південь від нього – Полярна ніч.
22 грудня, в день зимового сонцестояння, Земля по відношенню до Сонця займає як би протилежне становище.
У дні рівнодення обидві півкулі висвітлюються Сонцем однаково. Промені Сонця падають під прямим кутом на екватор. На всій Землі, крім полюсів, день дорівнює ночі і його тривалість становить 12 годин. На полюсах відбувається зміна полярних дня та ночі.
сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.
Привіт любі читачі!Сьогодні хотілося б торкнутися теми Землі і , і я подумала, що пост про те, як обертається Земля Вам знадобиться 🙂 Адже від цього залежить день і ніч, а ще пори року. Давайте зі всім познайомимося ближче.
Наша планета обертається навколо своєї осі та навколо Сонця. Коли вона робить один оберт навколо осі проходить один день, а коли навколо Сонця – один рік. Далі докладніше про це:
Земна вісь.
Земна вісь (вісь обертання Землі) -це пряма, довкола якої відбувається добове обертання Землі; ця лінія проходить через центр і перетинає поверхню Землі.
Нахил осі обертання Землі.
Вісь обертання Землі нахилена до площини під кутом 66 ° 33 '; завдяки цьому відбувається.Коли Сонце знаходиться над Північним тропіком (23 ° 27 'пн. ш.), в Північній півкулі починається літо, а Земля при цьому знаходиться на дальній відстані від Сонця.
Коли Сонце піднімається над Південним тропіком (23°27' пд. ш.), у Південній півкулі починається літо.
У Північній півкулі у цей час починається зима. Притягання Місяця, Сонця та інших планет не змінює кут нахилу земної осі, але призводить до того, що він переміщається круговим конусом. Це рух називається прецесією.
Північний полюс нашого часу спрямований на Полярну зірку.Земна вісь за наступні 12 000 років, в результаті прецесії, пройде приблизно півдороги і буде спрямована на зірку Вега.
Близько 25800 років становить повний цикл прецесії і істотно впливає на кліматичний цикл.
Двічі на рік, коли Сонце знаходиться безпосередньо над екватором, і двічі на місяць, коли Місяць займає аналогічне положення, тяжіння, яке зумовлене прецесією, зменшується до нуля і відбувається періодичне збільшення та зниження темпів прецесії.
Такі коливальні рухи земної осі відомі як нутація, що досягає максимуму кожні 18,6 років. За значимістю впливу на клімат ця періодичність посідає друге місце після зміни пір року.
Обертання Землі навколо своєї осі.
Добове обертання Землі –рух Землі проти годинникової стрілки, або із заходу на схід, якщо дивитися з Північного полюса світу. Обертання Землі визначає тривалість дня і викликає зміну дня та ночі.
Навколо своєї осі Земля робить один оберт за 23 години 56 хвилин і 4,09 секунди.За період одного витка навколо Сонця, Земля приблизно здійснює 365 ¼ обертів, це становить один рік або дорівнює 365 ¼ доби.
Кожні чотири роки до календаря додається ще один день, бо на кожен такий виток, крім цілої доби, витрачається ще чверть доби.Обертання Землі поступово уповільнює гравітаційне тяжіння Місяця, і продовжує добу приблизно на 1/1000 з кожним століттям.
Судячи з геологічними даними, темпи обертання Землі могли змінюватись, але не більше ніж на 5%.
Навколо Сонця Земля обертається еліптичною орбітою, близькою до кругової, зі швидкістю близько 107 000 км/год у напрямку із заходу Схід.Середня відстань до Сонця 149 598 тис. км, а різниця між найменшою та найбільшою відстанню 4,8 млн. км.
Ексцентриситет (відхилення від кола) земної орбіти змінюється протягом циклу тривалістю 94 тис. років.Вважається, що формуванню складного кліматичного циклу сприяють зміни відстані до Сонця, і з окремими його етапами пов'язані наступ і відходження льодовиків під час льодовикових періодів.
Все в нашому величезному Всесвіті влаштовано дуже складно та точно. І наша Земля лише крапка в ній, але це наш рідний дім, про який ми ще трохи дізналися з посту про те, як обертається Земля. До зустрічі у нових постах про вивчення Землі та Всесвіту🙂
Земля куляста, однак, це не ідеальна куля. Через обертання планета трохи сплюснута біля полюсів, таку постать прийнято називати сфероїдом чи геоїдом — «подібним до землі».
Земля величезна, її розмір важко уявити. Основні параметри нашої планети такі:
- Діаметр - 12570 км
- Довжина екватора - 40076 км.
- Довжина будь-якого меридіана – 40008 км.
- Загальна площа поверхні Землі - 510 млн. км2.
- Радіусу полюсів – 6357 км.
- Радіусу екватора - 6378 км.
Земля одночасно обертається навколо сонця та навколо власної осі.
Які види руху Землі вам відомі?
Річне та добове обертання Землі
Обертання Землі навколо своєї осі
Земля обертається навколо похилої осі із заходу Схід.
Половина земної кулі висвітлюється сонцем, там у цей час день, друга половина перебуває у тіні, там ніч. Завдяки обертанню Землі відбувається зміна дня та ночі. Один оберт навколо своєї осі Земля робить за 24 години - добу.
Через обертання відбувається відхилення рухомих потоків (річок, вітрів) у північній півкулі - вправо, а в південній - вліво.
Обертання Землі навколо Сонця
Навколо сонця Земля обертається круговою орбітою, повний оборот відбувається за 1 рік. Земна вісь не вертикальна, вона нахилена під кутом 66,5 ° до орбіти, цей кут залишається постійним під час всього обертання. Головним наслідком цього обертання є зміна пір року.
Розглянемо крайні точки обертання Землі навколо Сонця.
- 22 грудня- День зимового сонцестояння. Найближче до сонця (сонце знаходиться в зеніті) в цей момент знаходиться південний тропік – тому в південній півкулі літо, у північній – зима. Вночі південні півкулі короткі, на південному полярному колі 22 грудня день триває 24 години, ніч не настає. У північній півкулі все, навпаки, на північному полярному колі ніч триває 24 години.
- 22 червня- день літнього сонцестояння. Найближче до сонця знаходиться північний тропік, у північній півкулі літо, у південній – зима. На південному полярному колі ніч триває 24 години, але в північному ніч зовсім не настає.
- 21 березня, 23 вересня— дні весняного та осіннього рівнодень Найближче до сонця знаходиться екватор, день дорівнює ночі в обох півкулях.
Обертання Землі навколо своєї осі та навколо Сонця Форма та розміри Землі вікіпедія
Пошук по сайту:
Рік
Час одного обороту Землі навколо Сонця . У процесі річного руху наша планета рухається в просторі із середньою швидкістю 29,765 км/с, тобто. більше 100 000 км/год.
аномалістичний
Аномалістичним роком називається проміжок часу між двома послідовними проходженнями Землею свого перигелія . Його тривалість складає 365,25964 діб . Вона приблизно на 27 хвилин більше ніж тривалість тропічного(Див. тут) року. Це викликано безперервною зміною положення точки перигелію. У поточний період Земля проходить точку перигелію 2-го січня
високосний
Кожен четвертий рік у використовуваному зараз у більшості країн світу календарі має додатковий день – 29 лютого – і називається високосним. Необхідність його введення пов'язана з тим, що Земля здійснює один оборот навколо Сонця за період, не рівний цілій кількості діб . Щорічна похибка дорівнює майже чверті діб і кожні чотири роки вона компенсується запровадженням “зайвого дня”. Див. також Календар Григоріянський .
сидеричний (зоряний)
Час обороту Землі навколо Сонця у системі координат “нерухомі зірок ”, тобто, як би “при погляді на Сонячну систему з боку". У 1950 році воно дорівнювало 365 діб , 6 годин, 9 хвилин, 9 секунд.
Під впливом тяжіння інших, що обурює планет , головним чином Юпітера і Сатурна , довжина року схильна до коливань у кілька хвилин.
Крім того, тривалість року зменшується на 0,53 секунд за сто років. Це відбувається через те, що Земля приливними силами гальмує обертання Сонця навколо його осі (див. Припливи та відливи ). Однак згідно із законом збереження моменту кількості руху це компенсується тим, що Земля віддаляється від Сонця та згідно з другим закону Кеплера період її звернення зростає.
тропічний
