Как вращается земля

Как рассчитать темп земного движения вокруг Солнца

Для этого необходимо радиус орбиты или расстояние до Солнца (≈150 млн км) умножить на 2π (23,14=6,28), что составляет 942 млн км. Все это разделим на время, затраченное на этот промежуток (365 дней 24 часа*3600 секунд=31 536 000 секунд), и получаем 29,87 км в секунду. Принято считать, что средняя скорость Земли по орбите (по окружности Солнца) равна 30 км/сек.

По данным учёных, скорость вращения Земли вокруг своей оси постепенно уменьшается. Причем наблюдаются пятилетние циклы то ускорения, то замедления движения планеты. Но объяснить по какой причине происходят такие изменения пока не получается. Поэтому за движением нашей планеты ведётся постоянное наблюдение и мониторинг. Возможно, отыщется какая-либо взаимосвязь данного явления.

Основные формулы

Прежде чем переходить к вопросу, чему равна скорость вращения Земли угловая, следует познакомиться с основными формулами, описывающими эту величину.

Как известно, угловая мера всей окружности составляет 360 ˚ или 2×π радиан, где π = 3,1416. Если тело совершает вокруг оси полный оборот за время T, тогда можно записать следующее выражение:

Время T называют периодом обращения, а величина f = 1/T показывает, сколько оборотов тело сделает за единицу времени, то есть характеризует частоту его вращения.

Еще одной важной формулой для угловой скорости является выражение, объединяющее линейную скорость и радиус вращения:

Если проверить единицу измерения ω в этом выражении, то получаем те же радианы в секунду (с -1 ). Формула показывает, что чем меньше расстояние от оси вращения до тела (r), и чем больше его скорость линейная (v), тем больше будет ω.

Из этой формулы можно легко выразить величину v: v = ω×r. Поскольку угловая скорость является величиной постоянной для некоторого рассматриваемого тела, то быстрее будут двигаться те точки, которые находятся дальше от оси вращения.

Рассмотренные формулы и понятия используем для определения скорости угловой вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца.

Физические доказательства суточного вращения Земли

Главное неоспоримое математическое доказательство того, что суточное вращение Земли есть – это маятник Фуко. По закону физики тело сохраняет постоянной плоскость качания относительно Мирового пространства. Когда под маятник был помещён круг с делениями, обнаружилось, что положение пластин по отношению к Земле меняется, а маятник сохраняет плоскость качания, значит, вращается Земля.

Если тот же опыт провести на полюсе, то положение маятника по отношению к пластинам останется неизменным, однако наблюдающему за ним человеку будет казаться, что маятник смещает своё вращение. Почему? Потому что наблюдатель стоит не на полюсе, а рядом с ним, и движется вместе с остальной частью планеты.

На экваторе смещение маятника незаметно. Чем выше широты, тем оно выраженнее, так как скорость вращения Земли к полюсам замедляется. На экваторе угловая скорость равна 15°/ч, в Санкт-Петербурге 13°/ч, в Москве 12,5°/ч, на точке географического полюса 0°/ч. В настоящее время математический маятник Фуко заменён физическим.

Второе доказательство того, что осевое вращение Земли существует – это отклонение к востоку всех падающих на Землю объектов. Причём чем дальше расположена от оси Земли точка, тем больше линейная скорость, с которой она перемещается с запада на восток. Поэтому тело, сброшенное с высокой башни, отклоняется на восток сильнее, чем с более низкого строения, ведь оно сохраняет свою первоначальную линейную скорость.

Доказательством вращения Земли и его следствием является и форма самой планеты с присущим ей сжатием у полюсов. Оно возникает из-за взаимодействия сразу двух сил: центробежной и земного притяжения, равнодействующая которых направлена к экватору, поэтому в области экватора Земля выпукла, а у полюсов сжата.

Благодаря наличию двух неподвижных точек на Земле – полюсов, есть возможность строить градусную сеть на карте и глобусе.

Всемирное время и часовые пояса

В один и тот же момент в разных частях земного шара время суток может быть разным. Но для всех точек, расположенных па одном меридиане, время одинаково. Его называют местным временем.

Для удобства отсчёта времени поверхность Земли условно разделена на 24 часовых пояса (по числу часов в сутках). Время внутри каждого пояса называют поясным временем. Отсчёт поясов ведётся от нулевого часового пояса. Это пояс, посередине которого проходит Гринвичский (нулевой) меридиан. Время на этом меридиане называют всемирным. В двух соседних поясах поясное время различается ровно на 1 час.

Посередине двенадцатого часового пояса, примерно по меридиану 180, проходит линия перемены дат. По обе стороны от неё часы и минуты совпадают, а календарные даты различаются на одни сутки. Если путешественник пересекает эту линию с востока на запад, то дата переводится на один день вперёд, а если с запада на восток, то возвращается на один день назад.

Осевое движение Земли

В 17 веке благодаря открытиям Галилея узнали, что не небесные тела движутся вокруг нас, а Земля вращается вокруг своей оси.

Осью обычно считают стержень, располагающийся в центре тела. Около него совершается перемещение. Мы можем ее встретить у разных предметов, например колесо велосипеда или коляски. Ось Земли считается не настоящей, а воображаемой линией и она немного наклонена.

Эта воображаемая линия или ось вращения Земли выходит с двух сторон планеты, эти места принято называть полюсами. С одной стороны расположен Северный, с другой – Южный полис. На равнозначном расстоянии от полюсов проведена окружность – экватор. Эта линия делит планету на два полушария: северное и южное.

Земля обращается вокруг своей оси незаметно для нас. Осевое движение Земли совершается плавно, а вместе с ней вращаемся и мы.

Когда-то люди предполагали, что движение небесных тел протекает с востока на запад.

Однако направлением осевого движения Земли считается перемещение с запада на восток. Получается, что при вращении Земли вокруг своей оси освещается то одна ее часть, то другая. На хорошо освещенной части планеты день, а там, где недостаток света, наступает ночь. Таким образом, следствием осевого движения Земли является смена дня и ночи. Такое движение Земли называется осевым или суточным.

Земля делает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа или за сутки. Скорость движения Земли вокруг оси может различаться в разных местах. Например, на экваторе она достигает приблизительно 1600 км/час.

При движении любого тела начинает действовать центробежная сила, которая растягивает планету в области экватора и сплющивает с полюсов. Поэтому форма Земли не круглая, а сплюснутая, что является следствием движения Земли.

Смена времени суток

Самым заметным для жителей Земли обстоятельством и основным географическим следствием осевого вращения нашей планеты является смена времён суток, а для землян, живущих на определённом расстоянии от экватора — ещё и времён года.

День и ночь сменяются потому, что параллельные лучи света от Солнца одновременно падают только на одну сторону планеты. Противоположная сторона Земли находится в тени. Это значит, что на повёрнутой к светилу стороне будет день, а на обратной — ночь. Если бы земной шар постоянно был повёрнут только одной стороной к Солнцу, то на освещённой стороне была бы температура около +100° C, вся вода должна была бы испариться, а на тёмной стороне поверхность планеты была бы под слоем льда. Условия на обеих сторонах Земли в этом случае были бы непригодны для жизни.

Вследствие ритмичности смены дня и ночи, времён года, а, значит, световых и температурных режимов, на Земле всё живое подчиняется определённым биоритмам. При этом ритмическим изменениям подвержены не только все растения и животные, но и неживая природа.

Земля вращается по своей оси против часовой стрелки, если смотреть со стороны Полярной звезды, а именно — с северной стороны. А если точка наблюдения — со стороны экватора, когда Северный полюс вверху, то планета вращается слева направо или с запада на восток.

В связи с вращением Земли вокруг оси, используется понятие суток. Но сутки бывают разными:

• звёздными,
• солнечными,
• средними солнечными.

Звёздные сутки используются для астрономических исследований и наблюдений. Солнечные сутки — это период вращения Земли вокруг своей оси относительно Солнца. Они могут отличаться по продолжительности, поэтому для измерения времени в повседневной жизни используются средние солнечные сутки, которые длятся 24 средних солнечных часа и длиннее звёздных суток на 4 минуты.

доказательство

Вращение Земли проявляется через Кориолисовы и центробежные силы на поверхности Земли. Это можно увидеть, в том числе, по направлению вращения .

Вращение Земли вызывает центробежную силу, которая увеличивается по мере приближения к экватору . На экваторе он направлен против силы тяжести , поэтому вес объекта там меньше, чем на полюсах . Вместе с уплощением земли , также вызванным центробежной силой, разница составляет 0,53%.

Следующие физические эксперименты могут быть использованы для демонстрации вращения Земли в лаборатории:

• Маятник Фуко (не работает на экваторе; впервые использован в 1851 году в Парижской обсерватории)
• Эксперимент с ловушкой (не работает на столбах)
• Гироскопический компас (в простом варианте не работает на полюсах)
• Лазерный гироскоп

Поворотный идеальный стержень (см. Фото справа, на экваторе не работает)

По словам Ханса Бука, это доказательство достигается с помощью поворотного стержня, подвешенного во вращающемся держателе. Однородна стержень установлен на продольной оси , близкой к ее центру с горизонтальной осью вращения с малым трением и первоначально находится в горизонтальном положении и в состоянии покоя по отношению к поверхности земли. Тем не менее, у него есть момент количества движения , обусловленный вращением Земли. С помощью подходящего механизма (например, прожигающей резьбы, натянутой между держателем и несколько более длинным концом стержня) стержень приводится в вертикальное положение из-за небольшого превышения веса одной стороны , в результате чего его уменьшается на несколько порядков . Поскольку момент импульса не изменяется из-за сохранения момента импульса , стержень начинает вращаться в направлении вращения Земли, что можно сделать видимым, например, с помощью светового указателя , зеркало которого прикреплено к ось вращения кронштейна.

Смена времён года

Ось Земли относительно плоскости орбиты, по которой планета движется вокруг Солнца, находится не перпендикулярно, а под углом. Из-за этого на поверхность планеты в разных её участках попадает неравномерное количество тепла от Солнца.

Когда Земля находится на орбите по одну сторону от Солнца, она наклонена осью так, что обращена к светилу Северным полюсом, но, переместившись по орбите на противоположную сторону от Солнца, планета будет наклонена Южным полюсом. Это означает, что, в первом случае, лето будет в Северном полушарии, а в Южном — зима. Во втором случае, в Северном полушарии будет зима, а в Южном — лето. В промежуточных положениях Земли на орбите на её полушариях будут осень и весна.

Если бы ось Земли была перпендикулярна плоскости её орбиты, то времён года не было бы, так как Северное и Южное полушария всегда получали бы днём одинаковую порцию света и тепла.

Вращение Земли вокруг Солнца

Наша планета пятая по величине и третья по удаленности от Солнца. Она сформировалась из элементов солнечной туманности около 4,55 млрд лет назад.Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.

Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.

Вращение Земли вокруг Солнца

Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.

Чередование времен года

Совершая оборот вокруг Солнца, Земля движется по направлению с запада на восток. Во время своего путешествия это небесное тело не меняет угол наклона, поэтому на определенном участке орбиты она полностью обращена какой-то одной стороной. Этот период на планете воспринимается живым миром как лето, а на необращенной к Солнцу стороне в это время года будет царить зима. Благодаря постоянному движению на планете происходит смена сезонов.

Два раза в году на обоих Полушариях планеты устанавливается относительно одинаковое сезонное состояние. Земля в это время повернута к Солнцу таким образом, что оно равномерно освещает ее поверхность. Это происходит осенью и весной в дни равноденствия.

Високосный год

Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным.

Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Что такое год?

Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:

• Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).
• Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.
• Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.
• Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).

Сила Кориолиса

Тело, совершающее прямолинейное движение во вращающейся среде, отклоняется в сторону, относительно этой среды. Такая вращающаяся среда называется неинерциальной системой координат. Подобной системой является Земля. Если среда вращается по часовой стрелке, то тело, движущееся в данной системе, будет отклоняться влево, относительно среды. При вращении неинерциальной системы против часовой стрелки, тело отклоняется вправо.

На примере это будет выглядеть так: если из пушки, которая находится на Северном полюсе, выстрелить ядром в направлении экватора, то для наблюдателя, находящегося на Земле, ядро начнёт постепенно отклоняться вправо. Это происходит потому, что планета двигается, вращаясь вокруг оси, и, пока ядро летит, она успевает повернуться. Если наблюдатель находится не на Земле, то есть не движется вместе с ней, то движение ядра будет прямолинейным.

В Южном полушарии подобное отклонение движущихся тел будет происходить влево, так как, если смотреть со стороны Южного полюса, планета вращается вокруг оси по часовой стрелке.

Этот эффект называется силой Кориолиса. Он назван по имени французского учёного, открывшего феномен. Примечательно то, что этот принцип действует при любом направлении тела по земной поверхности. Если стрельнуть ядром из пушки, стоящей на экваторе, в сторону Северного полюса, то снаряд для наблюдателя, находящегося на Земле, будет отклоняться вправо, точно так же, как при обратном направлении, то есть при стрельбе с Северного полюса на экватор.

При стрельбе с экватора на Южный полюс, снаряд отклонится влево, как при стрельбе с Южного полюса на экватор. Этот эффект наблюдается, благодаря инерции ядра, направленной в сторону вращения планеты. В начале движения снаряд находился на экваторе (в земной точке с самой высокой скоростью, возникающей вследствие осевого вращения). По мере движения ядра к полюсу, оно пролетает над точками земной поверхности, которые движутся медленнее экватора, а, значит, и бокового движения ядра, сохраняющегося из-за инерции. Таким образом, ядро постепенно «обгоняет» земную поверхность в боковом направлении и отклоняется в сторону.

Сила Кориолиса всегда действует перпендикулярно движению предмета. Эта сила действует не только на тела, движущиеся по направлению меридианов, но и в любых других направлениях, независимо от того, в какую сторону происходит движение.

Силу Кориолиса не совсем корректно называть силой, так как она, на самом деле, сама по себе никуда никого не тянет. Этот эффект строго относителен и существует только в неинерциальной системе.

А вот последствия этого эффекта вполне ощутимы. Например, вследствие силы Кориолиса, на планете образуются циклоны. Воздух из зон высокого давления стремится в области с низким давлением и сила Кориолиса отклоняет воздушные массы относительно движущейся поверхности вправо или влево, в зависимости от полушария. Поэтому циклоны закручиваются против часовой стрелки в Северном полушарии, а в Южном — по часовой.

Сила Кориолиса действует на реки и их русла. В Северном полушарии обычно правые берега рек более крутые и подмыты водой, которая утягивается вращающейся планетой вправо, в Южном — наоборот, левые.

На железнодорожные рельсы также оказывает воздействие данная сила. Правые рельсы одноколейных дорог в Северном полушарии будут изнашиваться больше, так как поезд утягивает вправо. В Южном полушарии больше изнашиваются левые рельсы.

Таковы общие следствия вращения нашей планеты вокруг оси, которые, в свою очередь, влияют на огромное количество обстоятельств и событий как на Земле, так и вокруг неё. Аналогичная тема раскрывается в учебнике по географии «Осевое вращение земли» 5 класс.

Обращение Земли вокруг Солнца

Помимо осевого существует и орбитальное движение Земли. Путь, который проходит Земля при обращении вокруг Солнца, называют орбитой.

Период обращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год. Солнечный год равен 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд. Поэтому принято считать 3 года по 365 суток, а 4-й – 366. Этот год получил название високосный.

Скорость обращения Земли составляет 30 км/сек.

Обращение Земли вокруг Солнца Источник

Наклон земной оси играет немаловажную роль при смене сезонов года. От скорости обращения земли вокруг Солнца зависит протяженность времен года.

Многие ребята хотели бы, чтобы постоянно было лето. Однако такого не бывает. За жарким летом идет прохладная осень, которая сменяется морозной зимой. На место ледяной зимы вступает теплая весна и лето. Однако период обращения Земли по своей орбите вокруг Солнца равен году и замена сезонов происходит систематично.

Следствием обращения Земли вокруг Солнца считается неравномерное получение тепла в разных полушариях. 

На рисунке видно как происходит освещение планеты. Россия находится в северном полушарии. Если планета поворачивается этой стороной к Солнцу, то тепла здесь будет больше и наступит лето. Земля делает свое обращение вокруг Солнца за определенный период и поворачивается в другую сторону. Тогда в наше полушарие приходит зима.

От наклона оси зависит неравенство дня и ночи. Часто встречаются такие понятия как солнцестояние и равноденствие.

Предположите, что Земля прекратила свое обращение вокруг Солнца или вокруг своей оси. Планета стала бы располагаться одной стороной к источнику света. Температура бы здесь стала достигать более 100 и произошло бы испарение всей воды. Другая сторона, до которой не доходит излучение, пошла по пути оледенения.

Из всего сказанного становится понятно, что все виды движения Земли играют большую роль для жизни на планете.

Движение Земли

Сквозь бескрайние просторы Вселенной, среди бесчисленного множества звезд мчится планета, которую мы называем своим домом, — Земля. Нам она кажется необъятным миром, но это лишь иллюзия. В суматохе дней мы редко всматриваемся в небо и не осознаем, что в необозримой пустоте космоса наша планета не более чем песчинка, на которой возникло чудо жизни.

Земля — космическое тело, а мы — космонавты, совершающие длительный полет вокруг Солнца и бороздящие, не думая о том, просторы Вселенной. На протяжении веков люди пытались выяснить, что из себя представляет этот «космический корабль», пассажирами которого они стали. Какой он формы, с какой скоростью мчится? Благодаря человеческому любопытству, упорству исследователей, а затем и научно-техническому прогрессу сегодня почти на все вопросы о Земле у нас есть точные ответы.

Земля, как и другие планеты солнечной системы, находится в постоянном движении. Движение — это жизнь. Данное утверждение справедливо не только для человека, но и для нашей планеты. Каждую секунду мы перемещаемся в космическом пространстве со скоростью около 30 км/с, совершая не одно, а несколько типов движения.

Два основных типа движения Земли и их следствия: а) осевое вращение; б) орбитальное вращение.

Осевое вращение

Первое и наиболее ощутимое для нас — движение Земли вокруг своей оси. День сменяет ночь, а ночь сменяет день, обеспечивая бесконечное течение времени. Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни хотел, чтобы в сутках было больше чем 24 ч, ведь их не всегда хватает на запланированные дела. Оказывается, времени и того меньше! Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч 56 мин 4,1 с.

Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток

Движение Земли вокруг своей оси во многом напоминает запущенный волчок, ось которого при постепенном замедлении начинает описывать в пространстве конусы. Перемещаясь в космическом пространстве, подобные действия совершает и земная ось, что с течением времени неизбежно приводит к изменению координат светил на звездном небе. Полный цикл земной прецессии составляет около 25 800 лет.

Орбитальное вращение

Второй тип движения — вращение вокруг Солнца. Его наша планета совершает не по строго круговой орбите, а по слегка вытянутой в форме эллипса. Самая близкая к нашему светилу точка земного пути называется перигелием, а самая дальняя — афелием. В афелии мы находимся в июле, а в перигелии — в январе. Земля парит в пространстве не строго перпендикулярно своей орбите, а под наклоном, равным 23,5°. Наклон земной оси и орбитальное вращение обеспечивают неравномерный нагрев поверхности планеты в течение года, из-за чего происходит смена времен года.

Если рассматривать движения Земли в космических масштабах, то можно заметить, что в этих периодах нет круглых чисел, к которым мы привыкли. Например, звездный год — точное время оборота Земли вокруг Солнца — составляет 365 сут. и 6 ч. Лишние шесть часов мы отбрасываем в течение трех лет. Впоследствии они накапливаются и добавляются к каждому четвертому году, который называется високосным.

Схема движения Земли вокруг Солнца

Развлекательные аттракционы

Многие развлекательные аттракционы используют вращение. Колесо обозрения имеет центральную горизонтальную ось и параллельные ей оси в каждой корзине, вокруг которых вращение, противоположное основному вращению, осуществляется под действием гравитации или от механического привода. В результате корзины всё время сохраняют вертикальное положение (не вращаются). При этом вектор перемещения каждой корзины описывает окружность. Карусель обеспечивает вращение вокруг вертикальной оси. Многие аттракционы обеспечивают одновременное вращение вокруг нескольких осей. В качающейся карусели вращение вокруг вертикальной оси обеспечивает двигатель, а вращение вокруг горизонтальной оси вызывается центростремительной силой. В американских горках при вращении вокруг горизонтальной оси сила инерции удерживает людей на своих местах в течение одного или нескольких оборотов.

Осевое вращение земли и его следствия

Благодаря астрономическим наблюдениям был установлен факт, который доказывает, что Земля единовременно принимает активное участие в нескольких видах движения. Если рассматривать нашу планету как часть Солнечной системы, то она совершает обороты вокруг центра Млечного Пути. А если рассматривать планету как единицу Галактики, то она является участницей уже движения на галактическом уровне.

Рис. 1. Осевое вращение земли.

Главным типом движения, которое исследуется учеными с древнейших времён, является вращение Земли вокруг собственной оси.

Осевым вращением Земли именуется размеренное обращение ее вокруг представляемой оси. Все объекты, которые находятся на поверхности планеты, также вращаются вместе с ней. Поворот планеты совершается в противоположном направлении относительно привычного всем движения часовой стрелки. Благодаря этому восход солнца можно отмечать на востоке, а закат — на западе. Ось Земли имеет угол наклона равный 661/2° относительно орбитальной плоскости.

Ось имеет четкие ориентиры в пространстве космоса: её северная оконечность все время обращена к Полярной звезде.

Осевое вращение Земли дает представление о видимом движении небесных тел без использования специализированного оборудования.

ТОП-2 статьи

которые читают вместе с этой

Рис. 2. Движение звезд и луны по небу.

Вращением Земли обусловлена смена дня и ночи. Сутки – период абсолютного оборота планеты вокруг оси. Продолжительность суток напрямую зависит от скорости вращения планеты.

Из-за вращения планеты все движущиеся по её поверхности тела отклоняются от исходной направленности в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, а в Южном — влево. В реках такая сила в большей степени припирает воду к одному из берегов. У водных артерий Северного полушария часто крутым остается правый берег, а в Южном — левый.

Рис. 3. Берега рек.