Осевое вращение Земли

Астрономы установили, что Земля одновременно участвует в нескольких видах движения. Например, в составе Солнечной системы она движется вокруг центра Млечного Пути, а в составе нашей Галактики участвует в межгалактическом движении. Но главных видов движения, известных человечеству с давних времён, два. Один из них — вращение Земли вокруг своей оси.

Следствие осевого вращения Земли

Наша планета равномерно вращается вокруг воображаемой оси. Такое движение Земли называют осевым вращением. Все объекты на земной поверхности вращаются вместе с Землёй. Вращение происходит с запада на восток, то есть против часовой стрелки, если смотреть на Землю со стороны Северного полюса. Из-за такого вращения планеты восход солнца утром происходит на востоке, а закат вечером — на западе.

Земная ось наклонена под углом 66 1/2°  к плоскости орбиты, по которой планета движется вокруг Солнца. При этом ось строго ориентирована в космическом пространстве: её северный конец постоянно направлен на Полярную звезду. Осевое вращение Земли определяет видимое движение звёзд и Луны по небосклону.

Вращение Земли вокруг оси оказывает большое влияние на нашу планету. Оно определяет смену дня и ночи и возникновение естественной, данной природой единицы измерения времени — суток. Это период полного оборота планеты вокруг своей оси. Длительность суток зависит от скорости вращения планеты. Согласно существующей системе исчисления времени сутки делят на 24 часа, час — на 60 минут, минуту — на 60 секунд.

Из-за осевого вращения Земли все движущиеся по её поверхности тела отклоняются от первоначального направления в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, а в Южном — влево. В реках отклоняющая сила прижимает воду к одному из берегов. Поэтому у рек в Северном полушарии обычно более крутой правый берег, а в Южном полушарии — левый. Отклонение воздействует на направление ветров в атмосфере, течений в Мировом океане.

Осевое вращение влияет на форму Земли. Наша планета не идеальный шар, она немного сжата у полюсов. Поэтому расстояние от центра Земли до полюсов (полярный радиус) на 21 километр короче расстояния от центра Земли до экватора (экваториальный радиус). По этой же причине меридианы на 72 километра короче экватора.

Осевое вращение вызывает суточные изменения в поступлении солнечного света и тепла на земную поверхность, объясняет видимое движение звёзд и Луны по небосклону. Оно определяет также различие во времени в разных частях земного шара.

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 вращение Земли Википедия

Направление суточного вращения Фото звёздного неба c Земли при многочасовой экспозиции — иллюстрация вращения Земли вокруг своей оси (Полюс мира)

Су́точное враще́ние Земли́ — вращение Земли вокруг своей оси с периодом в одни звёздные сутки, наблюдаемым проявлением чего является суточное вращение небесной сферы.

Вращение Земли происходит в том же направлении, что и движение планеты Земля вокруг Солнца — с запада на восток, то есть при наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики.

При наблюдении с северного полюса вращение Земли происходит против часовой стрелки.

История[ | ]

История идей о суточном вращении Земли:

Античность[ | ]

Объяснение суточного вращения небосвода вращением Земли вокруг оси впервые было предложено представителями пифагорейской школы, сиракузянами Гикетом и Экфантом. Согласно некоторым реконструкциям, вращение Земли утверждал также пифагореец Филолай из Кротона^[1] (V век до н. э.). Высказывание, которое можно трактовать как указание на вращение Земли, содержится в Платоновском диалоге Тимей^[2].

Однако о Гикете и Экфанте практически ничего неизвестно, и даже само их существование иногда подвергается сомнению^[3]. Согласно мнению большинства ученых, Земля в системе мира Филолая совершала не вращательное, а поступательное движение вокруг Центрального огня. В других своих произведениях Платон следует традиционному мнению о неподвижности Земли. Однако до нас дошли многочисленные свидетельства, что идею вращения Земли отстаивал философ Гераклид Понтийский (IV век до н. э.)

[4]. Вероятно, с гипотезой о вращении Земли вокруг

8. Осевое вращение Земли и его доказательства. Осевое вращение Земли и его географические следствия.

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смотреть на Землю с Полярной звезды (с Северного полюса). При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков и составляет 15° за час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая – 464 м/с, а географические полюса неподвижны.

Главным физическим доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником Фуко. После того как французский физик Ж. Фуко в 1851 г. в парижском Пантеоне осуществил свой знаменитый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной.

Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которая у экватора составляет 110,6 км, а у полюсов – 111,7 км. Эти измерения доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам. И наконец, третье доказательство – отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов. Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости точки А (на высоте) по сравнению с точкой В (у земной поверхности). Падая, предметы отклоняются на Земле к востоку потому, что она вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела падают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов – результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей угловой скоростью, полярное сжатие было значительнее. Удлинение суток и, как следствие, уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождается тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.

Важным следствием осевого вращения Земли является отклонение тел движущихся в горизонтальной плоскости (ветров, рек, морских течений и др.), от их первоначального направления: в северном полушарии – вправо, в южном – влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь французского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в мировом пространстве.

Отклонение – результат того, что тело участвует одновременно как в поступательном, так и во вращательном движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно нулю. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет свое направление в пространстве на 360°. Сила Кориолиса вычисляется по формуле F=m*2w*v*sinj, где F – сила Кориолиса, m –масса движущегося тела, w – угловая скорость, v –скорость движущегося тела, j – географическая широта. Проявление силы Кориолиса в природных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри разного масштаба, в том числе циклоны и антициклоны, отклоняются от градиентного направления ветры и морские течения, оказывая влияние на климат и через него на природную зональность и региональность; с ней связана асимметрия крупных речных долин: в северном полушарии у многих рек (Днепр, Волга и др.) по этой причине правые берега крутые, левые – пологие, а в южном – наоборот.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени – сутки и происходит смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды через меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются при астрономических наблюдениях. Истинные солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Продолжительность истинных солнечных суток изменяется в течение года прежде всего из-за неравномерного движения Земли по эллиптической орбите. Следовательно, они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются средними солнечными сутками. Среднее солнечное время измеряют по так называемому среднему Солнцу – воображаемой точке, равномерно перемещающейся по эклиптике и совершающей полный оборот за год, как и истинное Солнце. Средние солнечные сутки равны 24 ч. Они длиннее звездных, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется по орбите вокруг Солнца с угловой скоростью около 1° в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нужно еще «довернуться» примерно на 1°, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Таким образом, за солнечные сутки Земля совершает оборот примерно на 361°. Для перевода истинного солнечного времени в среднее солнечное время вводится поправка – так называемое уравнение времени. Его максимальное положительное значение +14 мин 11 февраля, наибольшее отрицательное -16 мин 3 ноября. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца – полночь. Такой счет времени называют гражданским временем.

Определить, что является основными последствиями осевого вращения Земли

Все планеты движутся во Вселенной. Эти движения обусловлены разными физическими воздействиями на космические тела и имеют сложную природу. Земля также совершает множество движений, которые можно проанализировать и разложить на разные составляющие.

Эти движения можно классифицировать в масштабах:

• Вселенной,
• Галактики,
• Солнечной системы,
• общего с Луной центра масс,
• Земли.

Это интересно: красивые названия звёзд история их появлений, названия звезд и созвездий.

Галактика, в которой находится Солнечная система, называется Млечный путь. Учёные предполагают, что эта галактика вращается вокруг центра Вселенной вместе с другими галактиками. Вокруг центра Млечного пути вращается Солнечная система со всеми объектами, в том числе с Землёй, и этот путь она совершает за один галактический год, который составляет примерно 230 миллионов лет.

При переходе на ещё меньший масштаб, обнаружится, что наша планета совершает путь вокруг Солнца. Кроме того, Земля вместе с Луной вращаются вокруг их общего центра масс, который находится не в центре земного шара, а близко к его поверхности. Из-за этого наша планета по орбите движется по слегка спиралевидному пути, если наблюдать со стороны, а не с Земли. Все эти виды движений незаметны или малозаметны для землян.

Скорость вращения

Можно сказать, что вращение тела обладает двумя скоростями, в зависимости от того, какой системой измерений пользоваться:

• линейной,
• угловой.

Если измерять скорость вращения как расстояние, которое проходит точка за определённое время, то чем дальше точка расположена от воображаемой оси вращения, тем выше у неё будет скорость. И чем точка ближе к оси, тем ниже её скорость. Эта скорость называется линейной. В точках оси — скорость равна нулю.

Но если скорость вращения измерять в градусах, то любая точка на поверхности тела или внутри него будет двигаться с одинаковой скоростью, независимо от того, далеко она расположена от оси или близко. Скорость вращения, измеряемая в градусах, называется угловой.

Можно измерять скорость вращения Земли с помощью наблюдения за перемещением двух предметов на поверхности, находящихся на одном меридиане, но в разных широтах. Допустим, предмет, А будет на экваторе, а предмет Б — в северной широте. Вследствие этого обнаружится, что предмет, А относительно оси планеты проделал расстояние за единицу времени большее, чем предмет Б. Это значит, что предмет, А двигался быстрее предмета Б.

Но если измерять угловую скорость в градусах по одним и тем же предметам или меткам, то угловая скорость у них будет одинаковой, так как они повернутся относительно оси планеты на один и тот же угол за определённый отрезок времени. Для исследования многих природных явлений, таких как, например, сила Кориолиса, необходимо использовать линейный способ измерения скорости вращения.

У Земли максимальной линейной скоростью вращения будет обладать поверхность в районе экватора, и эта скорость составляет 465 м/с или 1674 км/час. Чем ближе точка на поверхности земного шара к любому из полюсов, тем ниже будет скорость. На полюсах линейная скорость вращения равна нулю, так как эти точки находятся на воображаемой оси.

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.

Часовые пояса

С развитием коммуникаций между разными частями света, для удобства и безопасности были придуманы часовые пояса. Больше всего такая унификация была востребована с целью исключения путаницы и аварий на железной дороге.

Точное измерение времени с помощью часовых поясов стали использовать в 19-м веке. Первым, кому эта идея пришла в голову, был английский доктор Уильям Хайд Волластон. Земную поверхность условно разбили на 24 сектора, перпендикулярных экватору, каждый из которых составляет 15 градусов, а все вместе они определяют суточный цикл. Каждому поясу присвоено своё время (с разницей от соседнего в один час). При этом, чем западнее расположен пояс, тем больше отстаёт время.

При несовпадении границ часового пояса с государственными или административными очертаниями, их для удобства подстраивают под местность. Поэтому границы часовых поясов не всегда прямые. Их отсчёт начинается с нулевого, расположенного на Гринвичском меридиане. Этот пояс указывает всемирное время.

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.

Отклонение падающих тел

Все объекты, находящиеся на поверхности Земли, двигаются вместе с ней на одинаковой линейной скорости, вызванной вращением планеты вокруг своей оси. Чем дальше от оси будет предмет, двигающийся вместе с планетой, тем выше будет его скорость. Чем выше над поверхностью объект, тем с большей линейной скоростью он движется вместе с Землёй вокруг её оси.

Предметы, брошенные с большой высоты, изначально двигаются вместе с Землёй и падают на землю, слегка сместившись на восток. Это происходит по причине инерции, которую сохраняет брошенный с высоты предмет. Он сохраняет скорость, которая у него была на высоте. Эта скорость всегда выше, чем на поверхности Земли. Во время падения эта скорость, направленная на восток, перпендикулярна скорости падения.

В итоге предмет падает не вертикально, а чуть восточнее. На полюсах этого эффекта не будет, по причине отсутствия линейной скорости движения. Самолёт или другой летательный аппарат не годятся для проведения такого опыта, так как они не жёстко связаны с поверхностью земли и двигаются с ней не синхронно. Для этого лучше подойдут вышка или высокое здание.

Маятник Фуко

Этот эксперимент — простейший и наглядный тест на осевое вращение Земли.

По закону физики, плоскость траектории качающегося маятника находится всегда в одном положении по отношению к Мировому пространству. Но, если проследить за маятником в течение суток, станет очевидно, что направления его качаний постоянно меняются. Это происходит по причине вращения планеты вокруг собственной оси.

Этот маятник впервые использовал в своём эксперименте французский учёный Жан Фуко, в честь которого и был назван инструмент.

Сжатие Земли с полюсов

Во время вращения возникает центробежная сила, что не представляет исключения в случае с планетами. Таким образом, под действием центробежной силы, действующей перпендикулярно оси особенно сильно в районе экватора, наша планета в течение долгого времени приобрела форму эллипсоида (шара, сплюснутого с полюсов).

Влияние гравитации Луны

Естественный спутник Земли оказывает влияние не только на земную поверхность, но и на слои, пролегающие под ней. Это происходит под действием силы тяготения или гравитации. Больше всего гравитация Луны видна на поверхности Мирового океана. Земная вода притягивается спутником и образует волну, которая следует за Луной. Спутник движется вокруг Земли в противоположном направлении вращению нашей планеты по оси. И, так как вращение земного шара вокруг оси быстрее движения спутника вокруг Земли, приливная волна движется не с востока на запад, как движется Луна, а с запада на восток.

Эта противоположность движений способствует постепенному замедлению вращения обоих небесных тел. Луна всегда расположена по отношению к Земле одной стороной. Учёные утверждают, что в далёком будущем это же произойдёт и с нашей планетой, то есть оба небесных тела будут направлены по отношению друг к другу одной из своих сторон и продолжат вращаться вокруг своего общего центра масс.

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.

3.2 Осевое вращение земли

Земля вращается запада на восток против часовой стрелки, совершая полный оборот за сутки. Средняя угловая скорость вращения, т.е угол, на который смещается точка на земной поверхности, для всех широт одинакова и составляет 15 ° за 1 час. Линейная скорость, т.е путь ,проходимый точкой в единице времени ,зависит от широты места. Географические полюсы не вращаются, там скорость равна нулю. На экваторе точка проходит наибольший путь и имеет наибольшую скорость 455м/с. Скорость на одном меридиане разная, на одной параллели одинаковая.

Доказательством вращения Земли является фигура самой планеты, наличие сжатия земного эллипсоида. Сжатие возникает при участии центробежной силы, развивающейся в свою очередь на вращающейся планете. Любая точка на Земле находится под воздействием земного притяжения и центробежной силы. Равнодействующая этих сил направлена к экватору, оттого Земля в экваториальном поясе выпукла, у полюсов имеет сжатие.

К географическим следствиям осевого вращения Земли относятся возникновение силы Кориолиса, суточный ритм в географической оболочке.

Приливные выступы, образованные в теле Земли (в литосфере, океаносфере и атмосфере) притяжением Луны и Солнца, превращаются в приливную волну, которая обходит кругом земного шара, перемещаясь навстречу его вращению, т. е. с востока на запад. Прохождение гребня волны через какое-нибудь место создает здесь прилив, прохождение впадины — отлив. В течение лунных суток (24 час. 50 мин.) бывает два прилива и два отлива.

Наибольшее географическое значение имеют морские приливы и отливы: они приводят к правильно чередующимся затоплениям и осушениям низменных побережий, подпору воды в низовьях рек и возникновению приливо-отливных течений. Средняя высота прилива в открытом океане около 20 см, колебания уровня моря у берегов, зависящие от приливов и отливов, несколько больше, но обычно не превышают 2 м, хотя в отдельных случаях доходят до 13 м (Пенжинская губа) и даже до 18 м (залив Фанди).

Важным следствием осевого вращения Земли является кажущееся отклонение тел, движущихся в горизонтальном направлении, от направления их движения. По закону инерции, всякое движущееся тело стремится сохранить направление (и скорость) своего движения относительно Мирового пространства. Если движение происходит относительно перемещающейся поверхности, например вращающейся Земли, наблюдателю на Земле кажется, что тело отклонилось. В действительности тело продолжает двигаться в заданном направлении.

Сила Кориолиса возрастает от экватора к полюсам, она способствует образованию атмосферных вихрей, оказывает влияние на отклонение морских течений, благодаря ей подмываются правые берега рек в Северном полушарии левые берега –в Южном полушарии.

В районах, удаленных от экватора, наиболее важной для вполне установившегося движения воздуха является чаще всего сила Кориолиса. Рассмотрим частицу воздуха в северном полушарии, двигающуюся из области высокого давления в область низкого давления благодаря силе градиента давления. Предположим, что изобары представляют собой прямые линии, а трение отсутствует.

Рис.3.4 Движение частицы воздуха по силе Кориолиса

Сила Кориолиса будет поворачивать частицу воздуха вправо, а сумма силы градиента давления (СГД) и силы Кориолиса (СК) будет увеличивать скорость. По мере возрастания скорости частицы сила Кориолиса, пропорциональная скорости и, также будет возрастать, а значит, будет возрастать и ее отклоняющее действие. В точке, где частица начинает двигаться перпендикулярно СГД, СК и СГД действуют в противоположных направлениях, и результирующая сила будет зависеть от того, какая из них окажется больше. Если это СГД, ускорение будет направлено влево от движения, возрастет скорость и возрастет и сила Кориолиса, что заставит частицу сместиться в обратном направлении. Если большей окажется сила Кориолиса, она заставит частицу отклониться больше вправо, ее скорость уменьшится, а значит, уменьшится сила Кориолиса, что вынудит частицу вернуться назад. В результате может установиться равновесие, если СГД остается постоянной в течение всего времени, пока частица движется перпендикулярно ей, а СК в точности равна ей по величине и противоположна по направлению. В этом случае частица не испытывает ускорения, и движение называют геострофическим. Соответствующий ветер дует параллельно изобарам так что в северном полушарии область высокого давления остается справа от него. В южном полушарии, наоборот, область высокого давления остается слева. Эти утверждения составляют суть сформулированного в XIX в. закона Бейс-Балло, который гласит: если стать лицом к ветру в северном полушарии, то низкое давление будет справа от вас, в южном — слева от вас.

Суточное вращение Земли неравномерно: в августе оно быстрее, в марте — медленнее (разность в длине суток при этом около 0,0025 сек.). Периодические его изменения связаны с сезонными переменами циркуляции атмосферы, смещением центров высокого и низкого атмосферного давления; например, зимой избыточное давление холодных масс воздуха на Евразию составляет 5∙10 ¹² т, летом вся эта масса возвращается на океан. Колебания скачкообразные, нерегулярные (вследствие которых продолжительность суток может измениться до 0,0034 сек.) стимулируются перемещением масс внутри Земли. Приближение масс к оси вращения или удаление их от оси влечет соответственно ускорение или замедление суточного вращения. Пульсации скорости вращения Земли могут быть вызваны и климатическими изменениями, влекущими за собой перераспределение водных масс на поверхности, например переход значительной части гидросферы в твердую фазу.

Наиболее интересен, однако, вековой ход изменения скорости вращения. Эффект торможения этой скорости приливной волной, бегущей навстречу вращению Земли, оказывается сильнее эффекта увеличения скорости от гравитационного сжатия и уплотнения внутренних частей планеты. В результате, продолжительность суток на Земле возрастает каждые 40 000 лет на 1 с. (по другим данным—на 0,64 с. за тот же период).

Эти величины следует иметь в виду при палеогеографических построениях. Если взять первое значение (1 с. в 40 000 лет), легко подсчитать, что 500 млн. лет назад, т. е. на рубеже кембрия и ордовика, сутки были немногим длиннее 20 час, а 1 млрд. лет назад (в протерозое) —17 час. В последнем случае субтропические максимумы атмосферного давления, лежащие ныне на широтах ±32°, должны были располагаться на параллелях ±22°, т. е. быть тропическим максимумом, со всеми вытекающими отсюда последствиями для общего характера атмосферной циркуляции на Земле. Через 1 млрд лет продолжительность суток возрастет до 31 час (т.к в году останется только 283 дня). В конце концов вследствие приливного торможения Земля окажется повернутой к Луне всё время одной стороной, как это уже произошло с Луной по отношению к Земле, и земные сутки станут равными лунному месяцу.

Еще во II веке до н.э. греческий астроном Гиппарх обнаружил, что точка весеннего равноденствия медленно перемещается относительно звезд навстречу годичному движению Солнца. Благодаря тому, что равноденствие наступает раньше, чем Солнце совершает полный оборот по эклиптике, явление получило название предварения равноденствий или прецессии. Величина этого смещения за год называется постоянной прецессии и по современным данным составляет около 50″.

Прецессионное движение земной оси в основном вызвано притяжением Луны и Солнца. Если бы Земля была шаром, то он притягивался бы Луной и Солнцем силами, приложенными к его центру. Но поскольку Земля сплюснута к полюсам, то на экваториальную выпуклость будет действовать сила, стремящаяся повернуть Землю таким образом, чтобы ее экваториальная плоскость проходила через притягивающее тело. Из-за действия этой силы создается опрокидывающий момент. Солнце в течении года дважды отходит от плоскости земного экватора на угол ε ~ 23°26′, а удаление Луны дважды в месяц может достигать 28°36′. Однако сравнительно быстрое осевое вращение Земли создает гироскопический эффект, благодаря которому отклонение происходит в направлении, перпендикулярном действующей силе. Подобный эффект наблюдается у вращающегося гироскопа — при действии внешней силы его ось начинает описывать в пространстве конус, тем более узкий, чем быстрее вращение.

Рис.3.5Схема образования опрокидывающего момента, действующего на Землю со стороны Солнца и Луны. Силы, действующие на экваториальную выпуклость (в точках А и В), разложены на компоненты, параллельные направлению на возмущающее тело из центра Земли О, и компоненты, перпендикулярные плоскости земного экватора (AA’ и BB’). Последние и выступают в роли опрокидывающих сил

В отношении Земли в роли основной внешней силы выступает притяжение Солнца, которое и вызывает основную часть смещения земной оси с периодом 26 000 лет. Поскольку период вращения узлов орбиты Луны составляет 18.6 лет, то с таким же периодом меняются и пределы изменения угла отклонения Луны от плоскости земного экватора, что и проявляется в виде нутаций с тем же периодом. Величину прецессии и нутации можно было бы вычислить теоретически, но для этого не хватает данных о распределении масс внутри Земли, и поэтому ее приходится определять из наблюдений положений звезд в разные эпохи.

От угловой скорости вращения зависит «прочность» нашей планеты. Центробежная сила на экваторе составляет 1/289 силы земного притяжения. При ускорении вращения Земли в 17 раз центробежная сила увеличилась бы в 17² =289 раз, тела на экваторе потеряли бы свою тяжесть и мог бы произойти отрыв от Земли части вещества . Очевидно, Земля застрахована от подобной судьбы своим 17-кратным запасом прочности, которая к тому же постепенно растет из-за уменьшения скорости вращения и, следовательно, ослабления центробежной силы.

Смена дня и ночи создает суточный ритм в географической оболочке, он проявляется в живой и неживой природе: в суточном ходе всех метеорологических элементов — температуре, влажнели, давлении; таяние горных ледников происходит днем; фотосинтез происходит днем, на свету, многие растения раскрывается в разные часы суток. Человек тоже живет по часам; в определенные часы у него падает работоспособность, Повышается температура тела и давление.

Период обращения Луны на орбите – около 28 дней, за это время она возвращается в прежнее место. А что при этом происходит у нас под ногами? Все знают о морских приливах и отливах. Вода притягивается гравитационной силой Луны, и такая волна следует по поверхности морей и океанов вслед за Луной. Но ведь гравитация действует отдельно на каждый атом и молекулу, притягивая их. Просто на воде это виднее из-за её однородности в огромных масштабах и текучести. Каждая частца нашего организма тоже испытывает приливы и отливы гравитационной силы. Жидкая кровь особенно. И все циклы жизнедеятельности организма привязаны к периоду обращения Луны. Предполагают, что Луна специфически влияет на состояние вегетативной нервной системы и на такие важные структуры головного мозга, как мозжечок, гипоталамус, эпифиз. Отмечают, что при полнолунии возрастают работоспособность человека и возбудимость его нервной системы, повышается раздражительность, а при новолунии наблюдается обратная картина (слабость, снижение активности, творческих сил и способностей) и как следствие этого прослеживается связь настроения людей со сменой лунных фаз.

Частицы твёрдой Земли тоже испытывают циклическое воздействие гравитационной силы. Если текучая вода притягивается к Луне на несколько метров, то твёрдая земля растягивается по направлению к Луне на полметра и на несколько сантиметров вбок.

На северном полюсе Земли Солнце приблизительно полгода бывает незаходящим, а полгода — невосходящим светилом. Около 21 марта Солнце здесь появляется над горизонтом (восходит) и вследствие суточного вращения небесной сферы описывает кривые, близкие к окружности и почти параллельные горизонту, поднимаясь с каждым днем все выше и выше. В день летнего солнцестояния (около 22 июня) Солнце достигает максимальной высоты h_max = + 23° 27′. После этого Солнце начинает приближаться к горизонту, высота его постепенно уменьшается и после дня осеннего равноденствия (после 23 сентября) оно скрывается под горизонтом (заходит). День, длившийся полгода, кончается и начинается ночь, которая длится также полгода. Солнце, продолжая описывать кривые, почти параллельные горизонту, но под ним, опускается все ниже и ниже, В день зимнего солнцестояния (около 22 декабря) оно опустится под горизонт на высоту hmin = — 23° 27′, а затем снова начнет приближаться к горизонту, высота его будет увеличиваться, и перед днем весеннего равноденствия Солнце снова появится над горизонтом. Для наблюдателя на южном полюсе Земли (j = — 90°) суточное движение Солнца происходит подобным же образом. Только здесь Солнце восходит 23 сентября, а заходит после 21 марта, и поэтому когда на северном полюсе Земли ночь, на южном — день, и наоборот.

Форма Земли зависит от размеров планеты, распределения в ней плотностей и от скорости осевого вращения. Ни один из этих факторов нельзя назвать стабильным.

Вследствие глубинного сжатия Земли радиус ее сокращается примерно на 5 см в столетие, значит, делается меньше и объем Земли. Однако это вековое уменьшение носит пульсирующий характер, потому что его на время прерывают периоды расширения Земли, вызываемые огромным количеством тепла, освобождаемого сокращением радиуса.

Описанные выше процессы отражаются и на скорости вращения Земли: при укорочении радиуса эта скорость возрастает, при удлинении — замедляется. Следовательно, при вековой тенденции к уменьшению объема планеты вековая тенденция изменения скорости ее вращения должна идти в сторону ускорения этого вращения. Но так как в дело вмешивается еще один (и притом весьма мощный) фактор — приливное торможение, то в конечном итоге скорость вращения Земли систематически становится меньше. А это означает ослабление в вековой перспективе полярного сжатия Земли.

Заключение

В заключении можно сделать следующие выводы:

— Земля — третья от Солнца планета Солнечной системы. Она является крупнейшей по диаметру, массе и плотности среди подобных планет. Земля — единственная из планет Солнечной системы, населённая живыми существами.

-Земля взаимодействует с другими объектами Солнечной Системы, включая Солнце и Луну. Земля вращается вокруг собственной оси и вокруг Солнца.

— Полный оборот вокруг Солнца Земля проделывает за 365.26 дней. Этот отрезок времени называется сидерический год (или звездный год). Он равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости.

— Земля совершает один оборот вокруг собственной оси в среднем за 23 часа 56 минут и 4.091 секунд. Этот период времени называется звёздные сутки. Скорость вращения планеты Земля с запада на восток составляет примерно 15 градусов в час.

— Зимнее солнцестояние приходится на 21 декабря, летнее — примерно на 21 июня, весеннее равноденствие — приблизительного марта, а осеннее — 23 сентября. Наклон земной оси в южном полушарии противоположен наклону в северном. Следовательно, когда в северном полушарии — зима, в южном — лето, и наоборот.

— Скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца непостоянна: в июле она начинает ускоряться, а в январе — снова начинает замедляться. Солнце и вся Солнечная Система, в свою очередь, обращается вокруг центра нашей галактики Млечного Пути по почти круговой орбите. Скорость движения всей Солнечной Системы приблизительно равна 220 км/с. Сама галактика Млечный путь тоже движется со скоростью около 20 км/с.

Список использованных источников

1. Бердышев С. Н. Популярный географический энциклопедический словарь. – М., 2002

2. Боков В.А., «Общее землеведение», СПб, 1998

3. Боков В.А., Селиверстов Ю.П., Черванев И.Г. Общее землеведение. СПб. Изд-во Санкт-Петербургского университета, 1998

4. Геренчук К. И., Боков В. А., Черванев И. Г. «Общее землеведение» – М., 1984

5. К.И. Марков, О.П. Добродеев, Ю.Г. Симонов, И.А. Суетова «Введение в физическую географию» Учебное пособие для географических факультетов университетов. М., Высшая школа, 1978

6. Калесник С. В. «Основы общего землеведения» – М., 1955

7. Калесник С.В., «Общие географические закономерности Земли», М., 1970

8. Любушкина С.Г., «Общее землеведение» М., 2004

9. Мильков Ф.Н., «Общее землеведение» изд. Высшая школа 1990 г.

10. Монин А.С., «Популярная история Земли» , 1980

11. Неклюкова Н. П. «Общее землеведение. Земля как планета. Атмосфера. Гидросфера» – М., 1976

12. Орлёнок Ю.А Учебник по геофизике 2000

13. Савцова Т.М., «Общее землеведение», М., 2003

14. Селиверстов Ю. П., Бобков А. А. «Землеведение» – М., 2004

15. Судакова С.С. Общее землеведение.- М.: Наука, 1987

16. Уиппл Ф. «Земля, Луна и планеты» М., «Наука», 1967

17. Шубаев Л. И. Общее землеведение. – М., 1977

18. K. J. Gregory. The Nature of Physical Geography. London: Edward Arnold, 1985

6 Осевое вращение земли

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, совершая полный оборот за 23 ч. 56 мин. 4 с. (звездные сутки). Угловая скорость всех точек Земли одинакова: 15ч (360  ч.). Линейная скорость их зависит от того расстояния, которое точки должны пройти за период суточного вращения. Максимальная линейная скорость на экваторе – 464 м/с, на полюсах –0, на других широтах вычисляется по формуле:

V    cos  м/с, где  — широта места

Одним из доказательств суточного вращения Земли служит опыт Фуко, позволяющий наблюдать вращение Земли и определять угловую скорость

W   sin  ( — широта места)

Наблюдающееся опытным путем отклонение падающих тел к востоку также свидетельствует о вращении Земли вокруг своей оси.

Важнейшими географическими следствиями являются смена дня и ночи, отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и возможность построения системы географических координат. Смена дня и ночи обусловлена вращением Земли в параллельных лучах Солнца, при этом всегда половина земного шара освещена (день), другая не освещена (ночь). Смена дня и ночи обуславливает суточный ритм многих процессов и явлений на Земле.

Благодаря силе Кориолиса все движущиеся тела (воздух, вода, ракеты, снаряды и др.) в северном полушарии отклоняются вправо, в южном – влево. Поэтому правые берега рек, склоны речных долин в северном полушарии преимущественно крутые, обрывистые. Действие силы Кориолиса сказывается на направлении океанических течений (Гольфстрима, Куросио) и ветров (западные ветры умеренных широт, пассаты).

На поверхности Земли есть две замечательные точки, не участвующие во вращении планеты – северный и южный полюсы, опираясь на которые оказалось возможным построить стройную единую систему географических координат: сеть меридианов и параллелей.

Из-за неравномерного движения Земли на орбите солнечные сутки нельзя использовать для измерения точного времени. В практике пользуются средним солнечным временем. Его определяют по среднему Солнцу – воображаемой точке, которая равномерно проходит по небесному экватору свой путь за год. Средние солнечные сутки равны 24 средним солнечным часам, которые делятся на минуты и секунды. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца, т.е. полночь.

Времена суток – утро, день, ночь, вечер на разных меридианах начинаются в разное время, но на одном меридиане – одновременно.

Новые сутки начинаются на 180 долготы, которая называется линией перемены дат. Каждый меридиан имеет свое местное время, и чем восточнее он расположен, тем раньше на нем начинаются сутки. На меридианах, отстоящих друг от друга на 15 местное время отличается на 1 час, а между соседними, отстоящими друг от друга на 1 — на 4 мин.

Согласованная деятельность людей требует согласованного счета времени, и еще в XIX веке введено поясное время. Земная поверхность разделена на 24 часовых пояса, каждый из которых включает 15 долготы. В каждом часовом поясе счет ведется по местному времени его среднего меридиана, которое одновременно называют поясным временем. В 1930 г. декретом правительства СССР в целях более рационального использования светового дня стрелки часов были переведены на 1 час вперед (декретное время). На летние месяцы во многих странах вводится летнее время, когда стрелки часов переводятся на 1 час вперед.

Для астрономических работ целесообразно пользоваться всемирным (мировым) временем (гринвичского меридиана).

Притяжение Земли другими телами Солнечной системы вызывает во всем теле планеты упругие деформации (в атмосфере, гидросфере, литосфере). Наибольшее влияние оказывает Луна (в 2,17 раз больше, чем Солнце) и Солнце. Если приливообразующие силы, вызываемые Луной и Солнцем складываются, что бывает в момент сизигии (полнолуние, новолуние), то высота приливов наибольшая: в открытом океане до 77 см, у берегов высота возрастает. Максимальна высота прилива в заливе Фанди, до 18 м. В момент квадратуры (первая и последняя четверть Луны) высота приливов невысока, т. к. в этом случае из приливообразующей силы, создаваемой Луной, вычитается сила, вызываемая Солнцем.

Земные приливы порождают приливное трение. Благодаря большой скорости вращения Земли, приливные выступы смещены относительной прямой, соединяющей центры Земли и Луны, при этом ближайший к Луне выступ (избыток массы) замедляет скорость вращения Земли, а дальний ускоряет ее. Поскольку тормозящее влияние сильнее, то в целом скорость вращения Земли замедляется. Сутки в догеологическую стадию Земли (4,5 млрд. лет назад) были равны 2 часам, 500 млн. лет назад – 20 часам. Замедление составляет 0,001 сек. за 100 лет.

3. Географические следствия вращения Земли вокруг своей оси

Вращение Земли вокруг своей оси оказывает огромное влияние на нашу планету.

1. Влияние на форму планеты — Земля приплюснута с полюсов.
2. Смена дня и ночи и формирование природной единицы — сутки (нагрев и охлаждение поверхности).
3. Все движущиеся тела на поверхности Земли в Северном полушарии отклоняются вправо по ходу движения планеты, в Южном — влево (реки, ветра, океанические течения).

В реках отклоняющая сила прижимает воду к одному из берегов, поэтому у рек в Северном полушарии обычно более крутой правый берег, а в Южном полушарии — левый.

 

Если бы Земля перестала вращаться вокруг своей оси и вокруг Солнца, она была бы обращена к Солнцу всегда одной стороной, на которой всегда был бы день. Температура на этой стороне Земли достигла бы \(+100°\) \(C\) и более, и вся вода испарилась бы. Неосвещённая сторона планеты превратилась бы в царство вечного холода.

Изменения в природе

Осевое вращение Земли вызывает изменения в поступлении солнечной энергии в виде света и тепла на земную поверхность в течение суток. С этим связаны изменения в природе:

• цветки одуванчиков и некоторых других растений раскрываются и закрываются в определённое время суток.
• Животные добывают пищу в разное время суток: ласточки и жаворонки активны днём, а совы охотятся ночью. Муравьи на ночь закрывают входы в муравейник.

Жизнь человека также подчинена суточным изменениям. Ночью мы спим, а днём бодрствуем.