Okreće li se zemlja oko svoje osi. Puni krug oko sunca

Naš planet je u stalnom kretanju. Zajedno sa Suncem kreće se u prostoru oko središta Galaksije. A to se, pak, kreće u svemiru. Ali najvažnija stvar za sva živa bića je rotacija Zemlje oko Sunca i vlastite osi. Bez ovog kretanja, uvjeti na planetu bili bi neprikladni za održavanje života.

Sunčev sustav

Zemlja kao planet Sunčevog sustava, prema znanstvenicima, nastala je prije više od 4,5 milijardi godina. Tijekom tog vremena udaljenost od sunca praktički se nije promijenila. Brzina planeta i gravitacijska sila Sunca uravnotežuju njegovu orbitu. Nije savršeno okrugla, ali je stabilna. Kada bi privlačna sila zvijezde bila jača ili se brzina Zemlje znatno smanjila, tada bi ona pala na Sunce. Inače bi prije ili kasnije odletio u svemir, prestajući biti dio sustava.

Udaljenost od Sunca do Zemlje omogućuje održavanje optimalne temperature na njezinoj površini. Ovo je puno važna uloga predstave i atmosferu. Kako se Zemlja okreće oko Sunca, mijenjaju se godišnja doba. Priroda se prilagodila takvim ciklusima. Ali da je naš planet dalje, tada bi temperatura na njemu postala negativna. Da je bliže, sva bi voda isparila, jer bi termometar prešao točku vrelišta.

Putanja planeta oko zvijezde naziva se orbita. Putanja ovog leta nije savršeno kružna. Ima elipsu. Maksimalna razlika je 5 milijuna km. Najbliža točka orbite Suncu nalazi se na udaljenosti od 147 km. Zove se perihel. Njegova zemlja prolazi u siječnju. U srpnju je planet na najvećoj udaljenosti od zvijezde. Najveća udaljenost je 152 milijuna km. Ova točka se naziva afel.

Rotacija Zemlje oko svoje osi i Sunca omogućuje promjenu dnevnih režima i godišnjih razdoblja.

Za osobu je kretanje planeta oko središta sustava neprimjetno. To je zato što je masa Zemlje ogromna. Ipak, svake sekunde letimo svemirom oko 30 km. Čini se nerealno, ali takve su računice. U prosjeku se smatra da se Zemlja nalazi na udaljenosti od oko 150 milijuna km od Sunca. Napravi jedan potpuni krug oko zvijezde u 365 dana. Udaljenost prijeđena u godinu dana iznosi gotovo milijardu kilometara.

Točna udaljenost koju naš planet prijeđe u godini dana, krećući se oko Sunca, iznosi 942 milijuna km. Zajedno s njom krećemo se u svemiru po eliptičnoj orbiti brzinom od 107.000 km/h. Smjer rotacije je od zapada prema istoku, odnosno suprotno od kazaljke na satu.

Planet ne završi potpunu revoluciju za točno 365 dana, kako se obično vjeruje. Još traje oko šest sati. Ali radi praktičnosti kronologije, ovo se vrijeme uzima u obzir ukupno za 4 godine. Kao rezultat toga, jedan dodatni dan "trči", dodaje se u veljači. Takva se godina smatra prijestupnom.

Brzina rotacije Zemlje oko Sunca nije konstantna. Ima odstupanja od srednje vrijednosti. To je zbog eliptične orbite. Razlika između vrijednosti je najizraženija u točkama perihela i afela i iznosi 1 km/s. Te promjene su neprimjetne, jer se mi i svi objekti oko nas krećemo u istom koordinatnom sustavu.

promjena godišnjih doba

Rotacija Zemlje oko Sunca i nagib osi planeta omogućavaju promjenu godišnjih doba. Manje je primjetan na ekvatoru. Ali bliže polovima, godišnji ciklus je izraženiji. Sjeverna i južna hemisfera planeta neravnomjerno se zagrijavaju energijom Sunca.

Krećući se oko zvijezde, prolaze četiri uvjetne točke orbite. U isto vrijeme, dva puta zauzvrat tijekom polugodišnjeg ciklusa, ispostavilo se da su dalje ili bliže njemu (u prosincu i lipnju - dani solsticija). U skladu s tim, na mjestu gdje se površina planeta bolje zagrijava, temperatura okoline je viša. Razdoblje na takvom području obično se naziva ljeto. Na drugoj hemisferi u ovo doba osjetno je hladnije - tamo je zima.

Nakon tri mjeseca takvog kretanja, s učestalošću od šest mjeseci, planetarna os se nalazi tako da su obje hemisfere u istim uvjetima za zagrijavanje. U ovom trenutku (u ožujku i rujnu - dani ekvinocija) temperaturni režimi su približno jednaki. Zatim, ovisno o hemisferi, dolaze jesen i proljeće.

zemljina os

Naš planet je lopta koja se okreće. Njegovo kretanje se provodi oko uvjetne osi i odvija se prema principu vrha. Oslanjajući se s bazom u ravninu u neuvijenom stanju, održavat će ravnotežu. Kada brzina rotacije oslabi, vrh pada.

Zemlja nema zaustavljanja. Na planetu djeluju sile privlačenja Sunca, Mjeseca i drugih objekata sustava i Svemira. Ipak, zadržava konstantan položaj u prostoru. Brzina njegove rotacije, dobivena tijekom formiranja jezgre, dovoljna je za održavanje relativne ravnoteže.

Zemljina os prolazi kroz kuglu planeta nije okomita. Nagnut je pod kutom od 66°33´. Rotacija Zemlje oko svoje osi i Sunca omogućuje promjenu godišnjih doba. Planet bi se "kotrljao" u svemiru da nema strogu orijentaciju. Ne bi bilo govora o postojanosti okolišnih uvjeta i životnih procesa na njegovoj površini.

Aksijalna rotacija Zemlje

Rotacija Zemlje oko Sunca (jedan okretaj) događa se tijekom godine. Danju se izmjenjuju dan i noć. Ako pogledate Zemljin sjeverni pol iz svemira, možete vidjeti kako se okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Završava punu rotaciju za oko 24 sata. Ovo razdoblje se naziva dan.

Brzina rotacije određuje brzinu izmjene dana i noći. U jednom satu planet se okrene za otprilike 15 stupnjeva. Brzina rotacije u različitim točkama na njegovoj površini je različita. To je zbog činjenice da ima sferni oblik. Na ekvatoru je linearna brzina 1669 km/h, odnosno 464 m/s. Bliže polovima, ova brojka se smanjuje. Na tridesetoj geografskoj širini linearna će brzina već biti 1445 km / h (400 m / s).

Zbog aksijalne rotacije, planet ima blago komprimiran oblik od polova. Također, ovo kretanje "tjera" pokretne objekte (uključujući strujanje zraka i vode) da odstupe od izvornog smjera (Coriolisova sila). Druga važna posljedica ove rotacije su oseke i oseke.

smjena noći i dana

Kuglasti objekt s jedinim izvorom svjetlosti u određenom je trenutku samo napola osvijetljen. U odnosu na naš planet u jednom njegovom dijelu u ovom trenutku će biti dan. Neosvijetljeni dio bit će skriven od Sunca - tu je noć. Aksijalna rotacija omogućuje promjenu tih perioda.

Osim svjetlosnog režima, mijenjaju se i uvjeti zagrijavanja površine planeta energijom svjetiljke. Ovaj ciklus je važan. Brzina promjene svjetlosnih i toplinskih režima provodi se relativno brzo. U 24 sata površina nema vremena niti se pregrijati niti ohladiti ispod optimalnog.

Rotacija Zemlje oko Sunca i svoje osi relativno konstantnom brzinom od odlučujuće je važnosti za životinjski svijet. Bez konstantnosti orbite planet ne bi ostao u zoni optimalnog zagrijavanja. Bez osne rotacije dan i noć trajali bi šest mjeseci. Ni jedno ni drugo ne bi pridonijelo nastanku i očuvanju života.

Neravnomjerna rotacija

Čovječanstvo se naviklo na činjenicu da se promjena dana i noći događa neprestano. Ovo je služilo kao svojevrsni standard vremena i simbol ujednačenosti životnih procesa. Na period rotacije Zemlje oko Sunca u određenoj mjeri utječu elipsa orbite i drugi planeti sustava.

Još jedna značajka je promjena duljine dana. Osna rotacija Zemlje je neravnomjerna. Nekoliko je glavnih razloga. Važna su sezonska kolebanja povezana s dinamikom atmosfere i rasporedom padalina. Osim toga, plimni val, usmjeren protiv kretanja planeta, stalno ga usporava. Ova brojka je zanemariva (za 40 tisuća godina za 1 sekundu). Ali tijekom 1 milijarde godina, pod utjecajem toga, duljina dana se povećala za 7 sati (sa 17 na 24).

Proučavaju se posljedice rotacije Zemlje oko Sunca i svoje osi. Ova istraživanja su od velike praktične i znanstvene važnosti. Koriste se ne samo za točno određivanje zvjezdanih koordinata, već i za prepoznavanje obrazaca koji mogu utjecati na ljudske životne procese i prirodne pojave u hidrometeorologiji i drugim područjima.

Zanimljivo je da svi planeti Sunčevog sustava ne miruju, već se okreću u jednom ili drugom smjeru. Većina njih je u tom pogledu "solidarna" sa Suncem. okreću se suprotno od kazaljke na satu, ako se promatraju s iznimkom Venere i Urana, koji se okreću u suprotnom smjeru. Štoviše, ako je s Venerom sve jasno, onda drugi planet ima problema s određivanjem smjera, jer. znanstvenici nisu došli do konsenzusa koji je pol sjeverni, a koji južni zbog velikog nagiba osi. Sunce se okreće oko svoje osi brzinom od 25-35 dana, a ta razlika se objašnjava činjenicom da je rotacija sporija na polu.

Problem kako se Zemlja rotira (oko svoje osi) ima nekoliko rješenja. Prvo, neki vjeruju da se planet okreće pod utjecajem energije zvijezde u našem sustavu, tj. Sunce. Zagrijava ogromne vodene i zračne mase, koje djeluju na krutu komponentu, osiguravajući rotaciju jednom ili drugom brzinom tijekom dugih vremenskih razdoblja. Zagovornici ove teorije sugeriraju da snaga udara može biti tolika da ako čvrsta komponenta planeta nije dovoljno jaka, može doći do pomicanja kontinenata. U obranu teorije stoji da se planeti na kojima je materija u tri različita stanja (kruto, tekuće, plinovito) okreću brže od onih s dva stanja. Istraživači također primjećuju da se ogromna snaga sunčevog zračenja formira na pristupu Zemlji, a snaga Golfske struje u otvorenom oceanu je više od 60 puta veća od snage svih rijeka na planetu.

Najčešći odgovor na pitanje: "Kako se Zemlja okreće tijekom dana?" - pretpostavka je da je ova rotacija sačuvana od formiranja planeta iz oblaka plina i prašine uz sudjelovanje drugih koji su se zabili u površinu.

Predstavnici raznih znanstvenih (i ne samo) područja pokušali su otkriti što je povezano oko osi. Neki vjeruju da za takvu jednoliku rotaciju na njega djeluju određene vanjske sile nepoznate prirode. Newton je, na primjer, vjerovao da svijet često "treba popraviti". Danas se pretpostavlja da takve snage mogu djelovati u regiji Južne i na južnom kraju Verhojanskog lanca u Jakutiji. Pretpostavlja se da je na tim mjestima zemljina kora "pričvršćena" skakačima iznutra, sprječavajući da sklizne preko plašta. Znanstvenici se temelje na činjenici da su na tim mjestima otkriveni zanimljivi zavoji planinskih lanaca na kopnu i pod vodom, koji su nastali pod utjecajem ogromnih sila koje djeluju u i ispod zemljine kore.

Ništa manje zanimljivo nije ni kako ovdje djeluje sila gravitacije zahvaljujući kojoj se planet održava u svojoj orbiti poput lopte koja se vrti na žici. Sve dok su te sile uravnotežene, nećemo "odletjeti" u duboki svemir ili, obrnuto, nećemo pasti u sunce. Kako Zemlja rotira, nijedan drugi planet ne rotira. Godina, primjerice, na Merkuru traje oko 88 zemaljskih dana, a na Plutonu - četvrt tisućljeća (247,83 zemaljske godine).

Bez obzira na to što su stalna kretanja našeg planeta najčešće neprimjetna, razne znanstvene činjenice odavno potvrđuju da se planet Zemlja kreće vlastitom, strogo određenom putanjom, ne samo oko samog Sunca, već i oko vlastite osi. To je ono što određuje masu prirodnih pojava koje ljudi svakodnevno promatraju, kao što je, na primjer, promjena doba dana i noći. Čak iu ovom trenutku, čitajući ove retke, vi ste u stalnom pokretu, kretanju, što je posljedica kretanja vašeg rodnog planeta.

isprekidano kretanje

Zanimljivo je da sama brzina Zemlje nije konstantna veličina, iz razloga koje znanstvenici, nažalost, do tada nisu uspjeli objasniti, no pouzdano se zna da svakim stoljećima Zemlja pomalo usporava. brzinu njegove uobičajene rotacije za iznos jednak otprilike 0,0024 sekunde. Vjeruje se da je takva anomalija izravno povezana s nekom vrstom mjesečeve privlačnosti, koja uzrokuje oseku i oseku, na što naš planet također troši značajan dio vlastite energije, što "usporava" njegovu individualnu rotaciju. Takozvane plimne izbočine, koje se obično kreću u suprotnom smjeru od Zemlje, uzrokuju pojavu određenih sila trenja, koje su, u skladu sa zakonima fizike, glavni kočioni faktor u tako moćnom svemirskom sustavu kao što je Zemlja.

Naravno, zapravo nema osi, to je zamišljena linija koja pomaže u izračunima.

Smatra se da u jednom satu Zemlja napravi krug od 15 stupnjeva. Za koliko se potpuno okrene oko osi, nije teško pogoditi: 360 stupnjeva - u jednom danu u 24 sata.

Dan u 23 sata

Jasno je da se Zemlja okrene oko vlastite osi za ljudima poznata 24 sata - običan zemaljski dan, odnosno za 23 sata, minute i gotovo 4 sekunde. Kretanje se uvijek događa od zapadnog dijela prema istočnom i ništa više. Lako je izračunati da će u takvim uvjetima brzina na ekvatoru doseći oko 1670 kilometara na sat, postupno se smanjujući kako se približava polovima, gdje glatko prelazi na nulu.

Nemoguće je golim okom detektirati rotaciju Zemlje takvom gigantskom brzinom, jer se svi okolni objekti kreću zajedno s ljudima. Svi planeti u Sunčevom sustavu čine slične pokrete. Tako, primjerice, Venera ima puno manju brzinu kretanja, zbog čega se njezin dan razlikuje od zemljinog više od dvjesto četrdeset i tri puta.

Najbrži danas poznati planeti su Jupiter i planet Saturn koji svoju potpunu rotaciju oko osi naprave za deset odnosno deset i pol sati.

Treba napomenuti da je rotacija Zemlje oko svoje osi izuzetno zanimljiva i nepoznata činjenica koja zahtijeva daljnje pomno proučavanje znanstvenika diljem svijeta.

Gibanje oko osi rotacije jedan je od najčešćih oblika gibanja tijela u prirodi. U ovom ćemo članku razmotriti ovu vrstu kretanja s gledišta dinamike i kinematike. Također dajemo formule koje povezuju glavne fizičke veličine.

O kakvom pokretu govorimo?

U doslovnom smislu, govorit ćemo o kretanju tijela po kružnici, odnosno o njihovoj rotaciji. Upečatljiv primjer takvog kretanja je rotacija kotača automobila ili bicikla dok se vozilo kreće. Rotacija klizačice oko svoje osi koja izvodi složene piruete na ledu. Ili rotacija našeg planeta oko Sunca i oko vlastite osi nagnute prema ravnini ekliptike.

Kao što vidite, važan element vrste kretanja koja se razmatra je os rotacije. Svaka točka tijela proizvoljnog oblika vrši kružne kretnje oko njega. Udaljenost od točke do osi naziva se radijus rotacije. O njegovoj vrijednosti ovise mnoga svojstva cijelog mehaničkog sustava, na primjer, moment tromosti, linearna brzina i drugo.

Ako je razlog linearnog translatornog gibanja tijela u prostoru vanjska sila koja na njih djeluje, onda je razlog gibanja oko osi rotacije vanjski moment sile. Ta se veličina opisuje kao vektorski umnožak primijenjene sile F¯ i vektora udaljenosti od točke njezine primjene do osi r¯, to jest:

Djelovanje momenta M¯ dovodi do pojave kutne akceleracije α¯ u sustavu. Obje su veličine povezane preko određenog koeficijenta I sljedećom jednakošću:

Veličinu I nazivamo momentom tromosti. Ovisi i o obliku tijela i o rasporedu mase unutar njega i o udaljenosti od osi rotacije. Za materijalnu točku izračunava se po formuli:

Ako je eksterni jednak nuli, tada sustav zadržava svoj kutni moment L¯. Ovo je još jedna vektorska veličina, koja je prema definiciji jednaka:

Ovdje je p¯ linearna količina gibanja.

Zakon održanja impulsa L¯ obično se piše u sljedećem obliku:

Gdje je ω kutna brzina. O tome će se dalje raspravljati u članku.

Kinematika rotacije

Za razliku od dinamike, ova grana fizike razmatra isključivo praktično važne veličine povezane s vremenskom promjenom položaja tijela u prostoru. Odnosno, predmeti proučavanja kinematike rotacije su brzine, ubrzanja i kutovi rotacije.

Prvo, uvedimo kutnu brzinu. Podrazumijeva se kao kut za koji tijelo napravi zaokret u jedinici vremena. Formula za trenutnu kutnu brzinu je:

Ako se tijelo okrene za jednake kutove u jednakim vremenskim intervalima, tada se rotacija naziva ravnomjernom. Za njega vrijedi formula za prosječnu kutnu brzinu:

ω se mjeri u radijanima po sekundi, što u SI sustavu odgovara recipročnim sekundama (s -1).

U slučaju nejednolike rotacije koristi se koncept kutnog ubrzanja α. Određuje brzinu promjene vrijednosti ω u vremenu, odnosno:

α \u003d dω / dt \u003d d 2 θ / dt 2

α se mjeri u radijanima po kvadratnoj sekundi (u SI - s -2).

Ako je tijelo u početku jednoliko rotiralo brzinom ω 0, a zatim je počelo povećavati svoju brzinu konstantnom akceleracijom α, tada se takvo kretanje može opisati sljedećom formulom:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Ova se jednakost dobiva integracijom jednadžbi kutne brzine s obzirom na vrijeme. Formula za θ omogućuje izračunavanje broja okretaja koje će sustav napraviti oko osi rotacije u vremenu t.

Linearne i kutne brzine

Obje brzine su međusobno povezane. Kada se govori o brzini rotacije oko osi, mogu se misliti na linearne i kutne karakteristike.

Pretpostavimo da se neka materijalna točka okreće oko osi na udaljenosti r brzinom ω. Tada će njegova linearna brzina v biti jednaka:

Razlika između linearne i kutne brzine je značajna. Dakle, ω ne ovisi o udaljenosti do osi tijekom jednolike rotacije, dok vrijednost v raste linearno s povećanjem r. Potonja činjenica objašnjava zašto je, s povećanjem polumjera rotacije, teže držati tijelo na kružnoj putanji (njegova linearna brzina i, kao rezultat toga, povećavaju se inercijske sile).

Zadatak izračunavanja brzine rotacije Zemlje oko svoje osi

Svi znaju da naš planet u Sunčevom sustavu ima dvije vrste rotacijskog gibanja:

oko svoje osi;
oko zvijezde.

Izračunajmo brzine ω i v za prvu od njih.

Kutnu brzinu nije teško odrediti. Da biste to učinili, zapamtite da planet napravi potpunu revoluciju jednaku 2 * pi radijana u 24 sata (točna vrijednost je 23 sata 56 minuta 4,1 sekunda). Tada će vrijednost ω biti jednaka:

ω \u003d 2 * pi / (24 * 3600) \u003d 7,27 * 10 -5 rad / s

Izračunata vrijednost je mala. Pokažimo sada koliko se apsolutna vrijednost ω razlikuje od v.

Izračunajmo linearnu brzinu v za točke koje leže na površini planeta na geografskoj širini ekvatora. Budući da je Zemlja spljoštena lopta, ekvatorijalni radijus je malo veći od polarnog. Duga je 6378 km. Koristeći formulu za vezu dviju brzina, dobivamo:

v \u003d ω * r \u003d 7,27 * 10 -5 * 6378000 ≈ 464 m / s

Rezultirajuća brzina je 1670 km/h, što je više od brzine zvuka u zraku (1235 km/h).

Rotacija Zemlje oko svoje osi dovodi do pojave takozvane Coriolisove sile, koju treba uzeti u obzir pri letenju balističkih projektila. Uzrok je i mnogim atmosferskim pojavama, poput odstupanja smjera pasata prema zapadu.

Još u davna vremena, promatrajući zvjezdano nebo, ljudi su primijetili da danju sunce, a na noćnom nebu - gotovo sve zvijezde - s vremena na vrijeme ponavljaju svoju putanju. To je sugeriralo da postoje dva razloga za ovaj fenomen. Ili se odvija na pozadini fiksnog zvjezdanog neba ili se nebo okreće oko Zemlje. Klaudije Ptolemej, izvrsni starogrčki astronom, znanstvenik i geograf, kao da je riješio ovo pitanje uvjerivši sve da se Sunce i nebo okreću oko nepomične Zemlje. Unatoč tome što nije znala objasniti, mnogi su se pomirili s tim.

Heliocentrični sustav, temeljen na drugoj verziji, dobio je svoje priznanje u dugoj i dramatičnoj borbi. Giordano Bruno je umro na lomači, ostarjeli Galileo prepoznao je "ispravnost" inkvizicije, ali "...i dalje se vrti!"

Danas se rotacija Zemlje oko Sunca smatra potpuno dokazanom. Konkretno, kretanje našeg planeta u orbiti bliskoj Suncu dokazuje se aberacijom svjetla zvijezda i paralaktičkim pomakom s periodičnošću jednakom jednoj godini. Danas je utvrđeno da se smjer rotacije Zemlje, točnije njezinog baricentra, duž orbite poklapa sa smjerom njezine rotacije oko svoje osi, odnosno odvija se od zapada prema istoku.

Mnogo je činjenica koje govore da se Zemlja kreće u svemiru po vrlo složenoj orbiti. Rotaciju Zemlje oko Sunca prati njeno kretanje oko osi, precesija, nutacijske oscilacije i brzi let zajedno sa Suncem u spirali unutar Galaksije, koja također ne miruje.

Rotacija Zemlje oko Sunca, kao i ostalih planeta, odvija se po eliptičnoj orbiti. Dakle, jednom godišnje, 3. siječnja, Zemlja je što bliže Suncu i jednom, 5. srpnja, udalji se od njega na najveću udaljenost. Razlika između perihela (147 milijuna km) i afela (152 milijuna km), u usporedbi s udaljenosti od Sunca do Zemlje, vrlo je mala.

Krećući se oko Sunčeve orbite, naš planet čini 30 km u sekundi, a revolucija Zemlje oko Sunca se završi u roku od 365 dana i 6 sati.To je takozvana siderička ili zvjezdana godina. Radi praktičnosti, uobičajeno je uzeti u obzir 365 dana u godini. „Dodatnih“ 6 sati u 4 godine zbroji se 24 sata, odnosno jedan dan više. Ovi (tekući, dodatni) dani dodaju se veljači jednom svake 4 godine. Dakle, u našem kalendaru 3 godine uključuju 365 dana, a prijestupna godina - četvrta godina, sadrži 366 dana.

Vlastita os Zemljine rotacije nagnuta je prema orbitalnoj ravnini za 66,5°. S tim u vezi, tijekom godine, sunčeve zrake padaju na svaku točku na zemljinoj površini ispod

kutovi. Dakle, u različito doba godine, točke na različitim mjestima primaju u isto vrijeme nejednaku količinu svjetlosti i topline. Zbog toga u umjerenim geografskim širinama godišnja doba imaju izražen karakter. Istovremeno, tijekom cijele godine sunčeve zrake na ekvatoru padaju na zemlju pod istim kutom, pa se tamo godišnja doba malo razlikuju.