Чи крутиться земля навколо своєї осі. Повний оборот навколо сонця

Наша планета перебуває у постійному русі. Разом із Сонцем вона переміщається у космосі навколо центру Галактики. А та, своєю чергою, рухається у Всесвіті. Але найбільше значення для всього живого грає обертання Землі навколо Сонця та власної осі. Без цього руху умови планети були б непридатними підтримки життя.

сонячна система

Земля як планета Сонячної системи за розрахунками вчених сформувалася понад 4,5 млрд. років тому. За цей час відстань від світила мало змінювалася. Швидкість руху планети та сила тяжіння Сонця врівноважили її орбіту. Вона не ідеально кругла, але стабільна. Якби сила тяжіння світила була сильнішою чи швидкість Землі помітно зменшилася, вона б впала на Сонце. Інакше вона рано чи пізно відлетіла б у космос, переставши бути частиною системи.

Відстань від Сонця до Землі уможливлює підтримку оптимальної температури на її поверхні. У цьому чимало важливу рольграє та атмосфера. Під час обертання Землі навколо Сонця змінюються пори року. Природа пристосувалася до таких циклів. Але якби наша планета була віддалена на більшу відстань, то температура на ній стала б негативною. Якби вона опинилася ближче - вся вода б випарувалася, оскільки стовпчик термометра перевищив би точку кипіння.

Шлях планети навколо світила називається орбітою. Траєкторія цього польоту не ідеально кругла. Вона має еліпсність. Максимальна різниця становить 5 млн. км. Найближча точка орбіти до Сонця знаходиться на відстані 147 км. Вона називається перигелієм. Земля її проходить у січні. У липні планета знаходиться від світила на максимальній відстані. Найбільша відстань – 152 млн км. Ця точка називається афелієм.

Обертання Землі навколо своєї осі та Сонця забезпечує відповідно зміну добових режимів та річних періодів.

Для людини рух планети навколо центру системи непомітний. Це тому, що маса Землі величезна. Проте щомиті ми пролітаємо в просторі близько 30 км. Це здається нереальним, але такі розрахунки. У середньому вважається, що Земля перебуває від Сонця з відривом близько 150 млн км. Один повний оберт навколо світила вона робить за 365 днів. Пройдена відстань за рік становить майже мільярд кілометрів.

Точна відстань, яку наша планета проходить за рік, рухаючись навколо світила, становить 942 млн км. Ми разом з нею рухаємося у просторі еліптичною орбітою зі швидкістю 107 000 км/год. Напрямок обертання - із заходу Схід, тобто проти умовної годинникової стрілки.

Повний оборот планета завершує не рівно за 365 днів, як вважається. При цьому триває ще близько шостої години. Але для зручності літочислення цей час враховують сумарно за 4 роки. У результаті "набігає" один додатковий день, його додають у лютому. Такий рік вважається високосним.

Швидкість обертання Землі навколо Сонця є непостійною. Вона має відхилення від середнього значення. Це з еліптичної орбітою. Різниця між значеннями найбільше проявляється в точках перигелію та афелію і становить 1 км/сек. Ці зміни непомітні, оскільки ми і всі навколишні предмети рухаються в системі координат однаково.

Зміна сезонів

Обертання Землі навколо Сонця і нахил осі планети уможливлює зміну пір року. Це менше помітно на екваторі. Але ближче до полюсів річна циклічність проявляється більше. Північна та Південна півкулі планети обігріваються енергією Сонця нерівномірно.

Рухаючись довкола світила, вони проходять чотири умовні точки орбіти. При цьому почергово двічі протягом піврічного циклу вони опиняються щодо нього далі чи ближче (у грудні та червні – дні сонцестоянь). Відповідно в місці, де поверхня планети прогрівається краще, там температура навколишнього середовища вища. Період на такій території прийнято називати влітку. В іншій півкулі в цей час помітно холодніше - там зима.

Через три місяці такого руху з періодичністю півроку планетарна вісь розташовується таким чином, що обидві півкулі знаходяться в однакових умовах для обігріву. У цей час (у березні та вересні – дні рівнодення) температурні режими приблизно рівні. Тоді, залежно від півкулі, настають осінь та весна.

Земна вісь

Наша планета - це куля, що обертається. Рух її здійснюється навколо умовної осі і відбувається за принципом дзиги. Спираючись основою в площину в розкрученому стані, він утримуватиме рівновагу. Коли швидкість обертання слабшає, дзига падає.

Земля упору немає. На планету діють сили тяжіння Сонця, Місяця та інших об'єктів системи та Всесвіту. Проте вона витримує постійне становище у просторі. Швидкість її обертання, отримана при формуванні ядра, достатня підтримки відносної рівноваги.

Земна вісь проходить через кулю планети не перпендикулярно. Вона нахилена під кутом 66 ° 33 '. Обертання Землі навколо своєї осі та Сонця уможливлює зміну сезонів року. Планета «перекидалася» б у просторі, якби в неї не було суворої орієнтації. Ні про яку сталість умов середовища проживання і життєвих процесів її поверхні було мови.

Осьове обертання Землі

Обертання Землі навколо Сонця (один оборот) відбувається протягом року. За день на ній змінюються день та ніч. Якщо подивитися на Північний полюс Землі з космосу, можна побачити, як вона обертається проти годинникової стрілки. Повний оборот вона здійснює приблизно за 24 години. Цей період називають добою.

Швидкість обертання визначає швидкість зміни дня та ночі. За одну годину планета обертається приблизно на 15 градусів. Швидкість обертання у різних точках її поверхні різна. Це відбувається через те, що вона має кулясту форму. На екваторі лінійна швидкість становить 1669 км/год, або 464 м/сек. Ближче до полюсів цей показник зменшується. На тридцятій широті лінійна швидкість вже становитиме 1445 км/год (400 м/сек).

Через осьове обертання планета має дещо стиснуту з полюсів форму. Також цей рух «примушує» відхилятися предмети, що переміщаються (у тому числі повітряні і водні потоки) від початкового напрямку (сила Коріоліса). Ще одним важливим наслідком такого обертання є припливи та відливи.

Зміна дня та ночі

Кулястий об'єкт єдиним джерелом світла у певний момент висвітлюється лише наполовину. Щодо нашої планети в одній її частині в цей момент буде день. Неосвітлена частина буде прихована від Сонця – там ніч. Осьове обертання дає можливість змінюватися цим періодам.

Крім світлового режиму, змінюються умови обігріву поверхні планети енергією світила. Така циклічність має важливе значення. Швидкість зміни світлових та теплових режимів здійснюється порівняно швидко. За 24 години поверхня не встигає ні надмірно нагрітися, ні охолонути нижче за оптимальний показник.

Обертання Землі навколо Сонця та своєї осі з відносно постійною швидкістю має визначальне для тваринного світу значення. Без сталості орбіти планета не втрималася в зоні оптимального обігріву. Без осьового обертання день і ніч тривали по півроку. Ні те, ні інше не сприяло б зародженню та збереженню життя.

Нерівномірність обертання

Людство за свою історію звикло до того, що зміна дня та ночі відбувається постійно. Це слугувало певним зразком часу та символом рівномірності життєвих процесів. На період обертання Землі навколо Сонця певною мірою впливає еліпсність орбіти та інші планети системи.

Інша особливість – зміна тривалості доби. Осьове обертання Землі відбувається нерівномірно. Вирізняють кілька основних причин. Значення мають сезонні коливання, пов'язані з динамікою атмосфери та розподілом опадів. Крім того, приливна хвиля, спрямована проти руху планети, постійно його гальмує. Цей показник мізерний (за 40 тис. років на 1 секунду). Але за 1 млрд років під впливом цього тривалість доби збільшилася на 7 годин (з 17 до 24).

Наслідки обертання Землі навколо Сонця та осі вивчаються. Дані дослідження мають велике практичне та наукове значення. Їх використовують не тільки для точності визначення зоряних координат, але і для виявлення закономірностей, які можуть впливати на процеси життєдіяльності людини та природні явища у гідрометеорології та інших сферах.

Цікавим є те, що всі планети Сонячної системи не стоять на місці, а обертаються у тому чи іншому напрямку. Більшість із них у цьому відношенні «солідарні» із Сонцем. крутяться назад ходу годинникової стрілки, якщо спостерігати з Винятком є ​​Венера та Уран, що звертаються у зворотному напрямку. У цьому якщо з Венерою все зрозуміло, то друга планета має деякі проблеми з визначенням напрямку, т.к. вчені не дійшли єдиної думки щодо того, який полюс у неї північний, а який – південний через великий нахил осі. Сонце обертається навколо своєї осі зі швидкістю 25-35 діб, така різниця пояснюється тим, що на полюсі оборот проходить повільніше.

Проблема, як обертається Земля (навколо осі), має кілька варіантів розв'язання. По-перше, деякі вважають, що планета обертається під впливом енергії зірки нашій системі, тобто. Сонце. Воно нагріває величезні водні та повітряні маси, що впливають на тверду складову, забезпечуючи обертання з тією чи іншою швидкістю у великі проміжки часу. Прихильники цієї теорії припускають: сила впливу може бути такою, що якщо тверда складова планети недостатньо міцна, може виникнути дрейф континентів. На захист теорії говорить те, що планети, де є речовина в трьох різних станах (тверде, рідке, газоподібне) обертаються швидше, ніж ті, у яких два стани. Також дослідники зазначають, що на підході до Землі формується величезна потужність сонячного випромінювання, а потужність Гольфстріму у відкритому океані більш ніж у 60 разів перевищує потужність усіх річок планети.

Найбільш поширеною відповіддю на запитання: "Як обертається Земля протягом доби?" - є припущення, що це обертання збереглося з часів формування планет з газопилових хмар за участю інших, які врізалися в поверхню.

Представники різних наукових (і не лише) напрямків намагалися з'ясувати, із чим пов'язано навколо осі. Дехто вважає, що для такого рівномірного обертання до неї прикладаються певні зовнішні сили незвіданої природи. Ньютон, наприклад, вважав, що світ часто «потребує ремонту». Сьогодні припускають, що такі сили можуть діяти у районі Південних та на південному закінченні Верхоянського хребта Якутії. Припускають, що у цих місцях земна кора «кріпиться» перемичками до внутрішньої частини, не даючи прослизати по мантії. Вчені ґрунтуються на тому, що в цих місцях виявлено цікаві вигини гірських хребтів на суші та під водою, що виникли під впливом величезних сил, що діють у земній корі та під нею.

Не менш цікаво, як тут діє сила тяжіння і завдяки яким планета тримається на своїй орбіті як кулька, яку крутять на мотузку. Поки ці сили врівноважені, ми не «влетимо» у глибокий космос чи, навпаки, не впадемо на світило. Так, як обертається Земля, не обертається жодна інша планета. Рік, наприклад, на Меркурії триває близько 88 земних діб, а Плутоні - чверть тисячоліття (247, 83 земних року).

Незалежно від того, що постійні пересування нашої планети звичайним чином невідчутні, різноманітні наукові факти давно довели, що планета Земля переміщається своєю, строго певною траєкторією як навколо самого Сонця, а й навколо власної осі. Саме цим обумовлюються маса природних явищ, що спостерігаються людьми щодня, таких, наприклад, як зміна часу дня та ночі. Навіть у цю секунду, читаючи ці рядки, ви перебуваєте в постійному русі, який обумовлений переміщенням рідної планети.

Непостійний рух

Цікаво, що швидкість самої Землі не є постійною величиною, з причин, які вченим, на жаль, до цього часу не вдалося пояснити, однак, достеменно відомо, що кожен із століть Земля дещо уповільнює швидкість свого звичайного обертання на величину, рівну приблизно 0, 0024 секунд. Вважається, що подібна аномалія безпосередньо пов'язана з якимось місячним тяжінням, що зумовлює припливи та відливи, на які і наша планета також витрачає значну частку своєї енергії, яка і «гальмує» її індивідуальне обертання. Так звані приливні виступи, що рухаються зазвичай у напрямку, протилежному ходу Землі, зумовлюють виникнення деяких сил тертя, які, відповідно до законів фізики, є основним гальмуючим чинником такої мошної космічної системи, як Земля.

Звичайно, ніякої осі насправді немає, це уявна пряма, яка допомагає робити розрахунки.

За одну годину, вважається, Земля здійснює оборот 15 градусів. За скільки вона обертається навколо осі повністю, здогадатися неважко: 360 градусів – за одну добу о 24 годині.

Доба о 23 годині

Зрозуміло, що Земля обертається навколо своєї осі за звичні людям 24 години - звичайні земні добу, а точніше - за 23 години хвилин і майже 4 секунди. Рух відбувається незмінно із західної частини на східну і ніяк інакше. Неважко обчислити, що за таких умов швидкість на екваторі сягатиме близько 1670 кілометрів на годину, поступово знижуючись при наближенні до полюсів, де плавно переходить до нуля.

Неозброєним оком виявити обертання, яке здійснюється Землею з такою гігантською швидкістю, не можна, адже разом із людьми рухаються і всі навколишні предмети. Усі планети сонячної системи здійснюють подібні рухи. Так, наприклад, Венера має набагато меншу швидкість руху, саме тому її доба відрізняється від земної більш ніж у двісті сорок три рази.

Найшвидшими з відомих сьогодні планет вважаються Юпітер і планета Сатурн, які здійснюють свій повний поворот навколо осі за десять і десять з половиною годин відповідно.

Потрібно відзначити, що обертання Землі навколо своєї осі - вкрай цікавий і непізнаний факт, що потребує подальшого пильного вивчення вчених усього світу.

Рух навколо осі обертання одна із найпоширеніших видів переміщення об'єктів у природі. У цій статті цей тип руху розглянемо з погляду динаміки та кінематики. Також наведемо формули, які пов'язують основні фізичні величини.

Про який рух йтиметься?

У буквальному сенсі мова йтиме про переміщення тіл по колу, тобто про їхнє обертання. Яскравим прикладом такого руху є обертання колеса автомобіля чи велосипеда під час переміщення транспортного засобу. Обертання навколо своєї осі фігуриста, що виконує складні піруети на льоду. Або обертання нашої планети навколо Сонця та навколо власної, похилої до площини екліптики, осі.

Як можна помітити, важливим елементом типу руху є вісь обертання. Кожна точка тіла довільної форми здійснює навколо неї кругові рухи. Відстань від точки до осі називають радіусом обертання. Від його значення залежить багато властивостей всієї механічної системи, наприклад момент інерції, лінійна швидкість та інші.

Якщо причиною лінійного поступального переміщення тіл у просторі є зовнішня сила, що діє на них, то причиною руху навколо осі обертання є зовнішній момент сили. Ця величина описується як вектор добуток сили F на вектор відстані від точки її докладання до осі r, тобто:

Дія моменту M приводить до появи кутового прискорення в системі. Обидві величини пов'язані один з одним через деякий коефіцієнт I наступною рівністю:

Розмір I називається моментом інерції. Він залежить як від форми тіла, так і від розподілу маси всередині нього та від відстані до осі обертання. Для матеріальної точки він обчислюється за такою формулою:

Якщо зовнішній дорівнює нулю, система зберігає свій момент імпульсу L¯. Це ще одна векторна величина, яка, згідно з визначенням, дорівнює:

Тут p - імпульс лінійний.

Закон збереження моменту L¯ прийнято записувати у такому вигляді:

Де ω – швидкість кутова. Про неї йтиметься далі у статті.

Кінематика обертання

На відміну від динаміки, цей розділ фізики розглядає виключно практичні важливі величини, пов'язані зі зміною часу становища тіл у просторі. Тобто об'єктом вивчення кінематики обертання є швидкості, прискорення та кути повороту.

Для початку введемо кутову швидкість. Під нею розуміють кут, який тіло здійснює поворот за одиницю часу. Формула для миттєвої кутової швидкості має вигляд:

Якщо за однакові проміжки часу тіло здійснює повороти на рівні кути, обертання називають рівномірним. Для нього справедлива формула для середньої кутової швидкості:

Вимірюється в радіанах в секунду, що в системі СІ відповідає зворотним секундам (з -1).

У разі нерівномірного обертання використовують поняття кутового прискорення. Воно визначає швидкість зміни у часі величини ω, тобто:

α = dω/dt = d 2 θ/dt 2

Вимірюється в радіанах в секунду квадратну (в СІ - з -2).

Якщо тіло спочатку оберталося рівномірно зі швидкістю 0, а потім почало збільшувати свою швидкість з постійним прискоренням α, тоді такий рух можна описати наступною формулою:

θ = ω 0 *t + α*t 2 /2

Ця рівність утворюється при інтегруванні за часом рівнянь кутової швидкості. Формула для θ дозволяє розрахувати число оборотів, яке зробить система навколо осі обертання протягом t.

Лінійна та кутова швидкості

Обидві швидкості пов'язані один з одним. Коли говорять про швидкість обертання навколо осі, можуть мати на увазі як лінійну, так і кутову характеристику.

Припустимо, деяка матеріальна точка обертається навколо осі з відривом r зі швидкістю ω. Тоді її лінійна швидкість v дорівнюватиме:

Різниця між лінійною та кутовою швидкістю є суттєвою. Так, при рівномірному обертанні від відстані до осі не залежить, величина ж v лінійно зростає зі збільшенням r. Останній факт пояснює, чому зі збільшенням радіуса обертання складніше утримувати тіло на кругової траєкторії (збільшується його лінійна швидкість і, як наслідок, інерційні сили).

Завдання на обчислення швидкості обертання навколо осі Землі

Кожен знає, що наша планета в Сонячній системі здійснює два види обертального руху:

• навколо своєї осі;
• навколо зірки.

Обчислимо швидкості і для першого з них.

Кутову швидкість визначити не складно. Для цього пригадаємо, що повний оборот, що дорівнює 2*pi радіан, планета здійснює за 24 години (точне значення 23 год 56 хв. 4,1 сек.). Тоді значення буде дорівнювати:

ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 рад/с

Розраховане значення невелике. Покажемо тепер, як сильно абсолютна величина відрізняється від такої для v.

Розрахуємо лінійну швидкість v для точок, що лежать на поверхні планети, на широті екватора. Оскільки Земля є сплюснутою кулею, то екваторіальний радіус трохи більший за полярний. Він складає 6378 км. Користуючись формулою зв'язку двох швидкостей, отримуємо:

v = ω*r = 7,27*10 -5 *6378000 ≈ 464 м/с

Отримана швидкість дорівнює 1670 км/год, що більша за швидкість звуку в повітрі (1235 км/год).

Обертання Землі навколо своєї осі призводить до появи так званої коріолісової сили, яку слід враховувати при польоті балістичних ракет. Також вона є причиною багатьох атмосферних явищ, наприклад, відхилення напрямку вітрів пасатів на захід.

Ще в давнину, спостерігаючи зоряне небо, люди помітили, що вдень сонце, а на нічному небі - майже всі зірки - час від часу повторюють свій шлях. Це наводило на думку, що для цього явища є дві причини. Або відбувається на тлі нерухомого зоряного неба, або небо обертається навколо Землі. Клавдій Птолемей, видатний давньогрецький астроном, вчений і географ, ніби вирішив це питання, переконавши всіх, що обертаються Сонце та небо навколо нерухомої Землі. Незважаючи на те, що не могла пояснити багатьох із цим змирилися.

Геліоцентрична система, заснована на іншій версії, завойовувала своє визнання в довгій і драматичній боротьбі. Загинув на багатті Джордано Бруно, старий Галілей визнав "правоту" інквізиції, але "... все-таки вона крутиться!"

Сьогодні обертання Землі навколо Сонця вважається цілком доведеним. Зокрема, рух нашої планети навколосонячною орбітою доводиться аберацією зоряного світла і паралактичним зміщенням з періодичністю, що дорівнює одному році. Сьогодні встановлено, що напрямок обертання Землі, точніше її барицентру, по орбіті збігається з напрямком її обертання навколо осі, тобто відбувається із заходу на схід.

Є безліч фактів, що говорять про те, що Земля рухається у просторі дуже складною орбітою. Обертання Землі навколо Сонця супроводжується її рухом навколо осі, прецесією, нутаційними коливаннями та стрімким польотом разом із Сонцем по спіралі в межах Галактики, яка також не стоїть на місці.

Обертання Землі навколо Сонця, як і інших планет, проходить еліптичною орбітою. Тому одного разу на рік, 3 січня, Земля знаходиться максимально близько від Сонця і один раз, 5 липня, віддаляється від нього на найбільшу відстань. Різниця між перигелієм (147 млн. км) та афелієм (152 млн. км), порівняно з відстанню від Сонця до Землі, дуже мала.

Рухаючись навколосонячною орбітою, наша планета робить 30 км за секунду, і оборот Землі навколо Сонця завершується протягом 365 д. 6 год. Це - так званий сидеричний, або зоряний, рік. Для практичної зручності прийнято рахувати 365 днів на рік. "Додаткові" 6 годин за 4 роки в сумі дають 24 години, тобто ще одну добу. Ось (набігли, зайва) доба і додають до лютого раз на 4 роки. Тож у нашому календарі 3 роки включають 365 днів, а високосний – четвертий рік, що містить 366 днів.

Вісь власного обертання Землі розташована під нахилом до орбітальної площини 66,5°. У зв'язку з цим протягом року промені сонця падають на кожну точку земної поверхні під ін.

ними кутами. Таким чином, у різні пори року точки на різних отримують в один і той же час неоднакову кількість світла та тепла. Через це у помірних широтах пори року мають різко виражений характер. У той же час, протягом усього року сонячні промені на екваторі падають на землю під однаковим кутом, тому і пори року там незначно відрізняються один від одного.