РОТАЦІЙНИЙ РУХ ЗЕМЛІ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА НАСЛІДКИ - ФІЗИЧНІ

Обертальний рух Землі є той , що наша планета виконує навколо осі Землі в західно-східному напрямку і триває приблизно один день, в зокрема , 23 години, 56 хвилин і 3,5 секунди.

Цей рух разом із перекладом навколо Сонця є найважливішим, що має Земля. Зокрема, рух обертання дуже впливає на повсякденне життя живих істот, оскільки породжує дні та ночі.

Малюнок 1. Завдяки руху Землі одна область залишається освітленою (вдень), а інша - вночі. Джерело: Pixabay.

Тому кожен часовий проміжок має певну кількість сонячного освітлення, яке називають днем, а відсутність сонячного світла чи ночі. Обертання Землі також несе зміни температури, оскільки день - це період потепління, тоді як ніч - період охолодження.

Ці обставини знаменують віху у всіх живих істот, які населяють планету, породжуючи безліч пристосувань щодо життєвих звичок. Згідно з цим, компанії встановили періоди діяльності та відпочинку відповідно до своїх звичаїв та впливу навколишнього середовища.

Очевидно, що світла і темна зони змінюються в міру того, як відбувається рух. При поділі 360º, що має окружність, між 24 годин, до яких округлий день, виявляється, що за 1 годину земля оберталася на 15º у напрямку захід-схід.

Тому, якщо ми рухаємося на захід на 15º, це на годину раніше, то навпаки відбувається, якщо ми подорожуємо на схід.

Швидкість обертання Землі на власній осі була оцінена в 1600 км / год на екваторі з подальшим зменшенням у міру наближення до полюсів, поки вона не скасується просто на осі обертання.

Характеристика та причини

Причина того, що Земля обертається навколо своєї осі, криється у витоках Сонячної системи. Можливо, Сонце пробуло тривалий час лише після того, як гравітація стала можливою його народження з аморфної речовини, яка населяє космос. У міру формування Сонце набувало обертання, забезпечуваного примітивною хмарою речовини.

Частина речовини, яка породила зірку, ущільнювалася навколо Сонця для створення планет, які також мали свою частку імпульсу кута початкової хмари. Таким чином всі планети (включаючи Землю) мають власний обертальний рух у напрямку захід-схід, крім Венери та Урана, які обертаються у зворотному напрямку.

Деякі вважають, що Уран зіткнувся з іншою планетою аналогічної щільності і внаслідок удару змінив свою вісь і напрямок обертання. На Венері існування газоподібних припливів могло пояснити, чому напрямок обертання з часом повільно змінюється.

Момент імпульсу

Кутовий імпульс - це в обертанні те, що лінійний імпульс перекладається. Для тіла, що обертається навколо нерухомої осі, як Земля, його величина задається:

У цьому рівнянні L - імпульс кута (кгм ² / с), I - момент інерції (кгм ² ), а w - кутова швидкість (радіани / с).

Кутовий імпульс зберігається до тих пір, поки в системі не виникає чистий крутний момент. У разі утворення Сонячної системи Сонце та матерія, що породили планети, розглядаються як ізольована система, на яку жодна сила не спричинила зовнішній крутний момент.

Вправа вирішена

Якщо припустити, що Земля є досконалою сферою і веде себе як жорстке тіло, використовуючи надані дані, слід знайти її кутовий імпульс обертання: а) навколо власної осі та б) при поступальному русі навколо Сонця.

Рішення

а) Спочатку потрібно, щоб момент інерції Землі розглядався як сфера радіуса R і маси M.

Кутова швидкість обчислюється так:

Де T - період руху, який у даному випадку становить 24 години = 86400 с, отже:

Кутовий момент обертання навколо власної осі дорівнює:

б) Щодо поступального руху навколо Сонця, Землю можна вважати точковим об’єктом, інерційний момент якого I = MR ²_м

У рік виникає 365 × 24 × 86400 с = 3.1536 × 10 ⁷ с, орбітальна кутова швидкість Землі дорівнює:

При цих значеннях орбітальний імпульс кути Землі дорівнює:

Наслідки обертального руху

Як було сказано вище, послідовність днів і ночей з їх відповідними змінами годин світла і температури є найважливішим наслідком обертального руху Землі по власній осі. Однак його вплив трохи виходить за рамки цього вирішального факту:

- Обертання Землі тісно пов'язане з формою планети. Земля - не досконала сфера, як кулька більярду. У міру обертання розвиваються сили, які деформують його, викликаючи опуклість на екваторі та подальше сплющення біля полюсів.

- Деформація Землі породжує невеликі коливання величини прискорення сили тяжіння g в різних місцях. Так, наприклад, значення g більше на полюсах, ніж на екваторі.

- Поворотний рух сильно впливає на розподіл морських течій і значною мірою впливає на вітри, через те, що маси повітря і води відчувають відхилення від їх траєкторії як у розумінні годинникової стрілки (північна півкуля), так і у зворотному напрямку (південна півкуля).

- Створені часові пояси для того, щоб регулювати проходження часу в кожному місці, оскільки різні ділянки Землі освітлюються сонцем або темніють.

Ефект Коріоліса

Ефект Коріоліса є наслідком обертання Землі. Оскільки прискорення існує у всіх обертаннях, Земля не вважається інерційною системою відліку, що і є необхідним для застосування законів Ньютона.

У цьому випадку з'являються так звані псевдосили, сили, походження яких не є фізичними, наприклад відцентрова сила, яку відчувають пасажири автомобіля, коли вона робить криву і відчуває, що вони відводяться в одну сторону.

Для візуалізації його ефектів розглянемо наступний приклад: на платформі в обертанні проти годинникової стрілки є двоє людей A і B, обидва в спокої відносно неї. Людина A кидає м'яч людині B, але коли м'яч досягає місця, де був B, він уже перемістився і куля відхилилася на відстань s, проходячи позаду B.

Малюнок 2. Прискорення Коріоліса призводить до того, що куля відхиляє свій шлях бічно.

Відцентрова сила в цьому випадку не несе відповідальності, вона вже діє поза центром. Це сила Коріоліса, дія якої полягає у відхиленні кулі бічно. Буває, що і А, і В мають різну швидкість вгору, оскільки вони знаходяться на різних відстанях від осі обертання. Швидкість B більша, і вони задаються:

Розрахунок прискорення Коріоліса

Прискорення Коріоліса суттєво впливає на рух повітряних мас, а отже, впливає на клімат. Ось чому важливо врахувати це, щоб вивчити, як рухаються повітряні течії та океанські течії.

Люди також можуть відчути це, коли намагаються ходити на платформі, що обертається, наприклад, рухомій каруселі.

Для випадку, показаного на попередньому малюнку, припустимо, що гравітація не враховується і рух візуалізується від інерціальної системи відліку, зовнішньої до платформи. У цьому випадку рух виглядає приблизно так:

Малюнок 3. Запуск кулі, видно з інерціальної системи відліку. Шлях, який слідує, прямолінійний (гравітація не враховується).

Відхилення, яке зазнав м'яч від вихідного положення людини B, становить:

Але R _B - R _A = vt, тоді:

s = ω. (vt). t = ω vt ²

Це рух з початковою швидкістю 0 і постійним прискоренням:

a _{Коріоліс} = 2ω .v

Список літератури

Агілар, А. 2004. Загальна географія. 2-й. Видання. Prentice Hall. 35-38.
Джанколі, Д. 2006. Фізика: принципи застосування. 214-216. Prentice Hall.
Lowrie, W. 2007. Основи геофізики. 2-й. Видання. Cambridge University Press 48-61.
Остер, Л. 1984. Сучасна астрономія. Редакція Reverte. 37-52.
Проблеми фізики реального світу. Коріоліс Форс. Відновлено з сайту: real-world-physics-problems.com.
Чому Земля обертається? Отримано з: spaceplace.nasa.gov.
Вікіпедія. Ефект Коріоліса. Відновлено з: es.wikipedia.org.

РОТАЦІЙНИЙ РУХ ЗЕМЛІ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА НАСЛІДКИ - ФІЗИЧНІ - 2025