ZEMES ROTĀCIJAS KUSTĪBA: RAKSTUROJUMS UN SEKAS - FIZISKĀ - 2025

The Zemes rotācijas kustība ir viens, ka mūsu planēta izpilda ap Zemes asi rietumu-austrumu virzienā un ilgst aptuveni vienu dienu, īpaši 23 stundas, 56 minūtes un 3,5 sekundes.

Šī kustība kopā ar tulkojumu ap sauli ir vissvarīgākā, kāda ir Zemei. Jo īpaši rotācijas kustība ļoti ietekmē dzīvo būtņu ikdienas dzīvi, jo tā rada dienas un naktis.

1. attēls. Pateicoties Zemes kustībai, viens laukums paliek apgaismots (dienā), bet otrs ir naktī. Avots: Pixabay.

Tāpēc katram laika intervālam ir noteikts saules apgaismojums, ko parasti sauc par dienu, un nav saules gaismas vai nakts. Zemes rotācija ietekmē arī temperatūras izmaiņas, jo diena ir sasilšanas periods, bet nakts ir vēsa.

Šie apstākļi iezīmē pavērsienu visās dzīvajās būtnēs, kas apdzīvo planētu, izraisot daudzus pielāgojumus dzīves paradumu ziņā. Saskaņā ar to uzņēmumi ir noteikuši darbības un atpūtas periodus atbilstoši savām paražām un apkārtējās vides ietekmē.

Acīmredzot gaismas un tumšās zonas mainās, kad notiek kustība. Sadalot 360º, kam ir apkārtmērs, starp 24 stundām, kuras dienā tiek noapaļotas, izrādās, ka 1 stundas laikā zeme ir pagriezusies par 15º rietumu-austrumu virzienā.

Tāpēc, ja mēs virzāmies uz rietumiem par 15º, tas ir stundu agrāk, notiek tieši pretēji, ja ceļojam uz austrumiem.

Zemes rotācijas ātrums uz savas ass tika aplēsts 1600 km / h pie ekvatora, attiecīgi samazinoties, tuvojoties poliem, līdz tas pazūd tieši uz rotācijas ass.

Raksturojums un cēloņi

Iemesls tam, ka Zeme griežas ap savu asi, meklējams Saules sistēmas pirmsākumos. Iespējams, Saule ilgu laiku pavadīja tikai pēc tam, kad gravitācija ļāva tai piedzimt no amorfās vielas, kas apdzīvo kosmosu. Veidojoties, Saule ieguva rotāciju, ko nodrošināja primitīvais matērijas mākonis.

Daži no jautājumiem, kas radīja zvaigzni, tika sablīvēti ap Sauli, lai izveidotu planētas, kurām arī bija sava daļa no sākotnējā mākoņa leņķiskā impulsa. Tādā veidā visām planētām (ieskaitot Zemi) ir sava rotācijas kustība rietumu-austrumu virzienā, izņemot Venēru un Urānu, kas rotē pretējā virzienā.

Daži uzskata, ka Urāns sadūrās ar citu līdzīga blīvuma planētu un trieciena dēļ mainīja savu asi un griešanās virzienu. Uz Venēras gāzveida plūdmaiņu esamība varētu izskaidrot, kāpēc rotācijas virziens laika gaitā lēnām mainījās.

Leņķiskais impulss

Leņķiskais impulss rotācijas laikā ir tas, kāds lineārais impulss ir tulkojumam. Ķermenim, kas rotē ap fiksētu asi, piemēram, Zeme, tā lielumu nosaka:

Šajā vienādojumā L ir leņķiskais impulss (kg.m ² / s), I ir inerces moments (kg.m ² ) un w ir leņķiskais ātrums (radiāni / s).

Leņķiskais impulss tiek saglabāts tik ilgi, kamēr sistēmai nav tīkla griezes momenta. Saules sistēmas veidošanās gadījumā Saule un viela, kas radīja planētas, tiek uzskatīta par izolētu sistēmu, kurai neviens spēks neizraisīja ārēju griezi.

Vingrinājums atrisināts

Pieņemot, ka Zeme ir perfekta sfēra un tā uzvedas kā nekustīgs ķermenis, un, izmantojot sniegtos datus, tās rotācijas leņķiskais impulss jāatrod: a) ap savu asi un b) tā translācijas kustībā ap Sauli.

Risinājums

a) Vispirms ir nepieciešams, lai Zemes inerces moments tiktu uzskatīts par R rādiusa un masas M sfēru.

Leņķa ātrumu aprēķina šādi:

Kur T ir kustības periods, kas šajā gadījumā ir 24 stundas = 86400 s, tāpēc:

Rotācijas leņķiskais impulss ap savu asi ir:

b) Attiecībā uz translācijas kustību ap Sauli Zeme var tikt uzskatīta par punktveida objektu, kura inerces moments ir I = MR ² _m

Gadā ir 365 × 24 × 86400 s = 3,1536 × 10 ⁷ s, Zemes orbītas leņķiskais ātrums ir:

Ar šīm vērtībām Zemes orbitālais leņķiskais impulss ir:

Rotācijas kustības sekas

Kā minēts iepriekš, dienu un nakti pēc kārtas ar attiecīgajām izmaiņām gaismas stundās un temperatūrā ir vissvarīgākās Zemes rotācijas kustības sekas uz savu asi. Tomēr tās ietekme nedaudz pārsniedz šo izšķirošo faktu:

- Zemes rotācija ir cieši saistīta ar planētas formu. Zeme nav tāda perfekta sfēra kā biljarda bumba. Rotējot, attīstās spēki, kas to deformē, izraisot izliekšanos pie ekvatora un sekojošu saplacināšanu pie poliem.

- Zemes deformācija dažādās vietās rada nelielas gravitācijas paātrinājuma vērtības s svārstības. Tā, piemēram, g vērtība ir lielāka pie poliem nekā pie ekvatora.

- Rotācijas kustība lielā mērā ietekmē jūras straumju sadalījumu un lielā mērā ietekmē vēju, jo gaisa un ūdens masas piedzīvo novirzes no to trajektorijas gan pulksteņrādītāja virzienā (ziemeļu puslodē), gan pretējā virzienā (dienvidu puslodē).

- Ir izveidotas laika joslas, lai regulētu laika pāreju katrā vietā, jo dažādos Zemes apgabalus apgaismo saule vai aptumšo.

Koriolisa efekts

Koriolisa efekts ir Zemes rotācijas sekas. Tā kā paātrinājums pastāv visā rotācijā, Zeme netiek uzskatīta par inerciālu atskaites rāmi, kas ir vajadzīgs Ņūtona likumu piemērošanai.

Šajā gadījumā parādās tā sauktie pseido spēki, spēki, kuru izcelsme nav fiziska, piemēram, centrbēdzes spēks, ko izbauda automašīnas pasažieri, veidojot līkni un sajūtot, ka tie tiek novirzīti uz vienu pusi.

Lai vizualizētu tā efektus, ņemiet vērā šādu piemēru: uz platformas ir divi cilvēki A un B, kas rotē pretēji pulksteņa rādītāja virzienam, abi ir miera stāvoklī attiecībā pret to. Persona A iemet bumbiņu personai B, bet, kad bumba sasniedz vietu, kur bija B, tā jau ir pārvietojusies un bumba tiek novirzīta attālumā s, ejot aiz B.

2. attēls. Koriolisa paātrinājums liek lodei novirzīt savu ceļu uz sāniem.

Centrbēdzes spēks šajā gadījumā nav atbildīgs, tas jau darbojas ārpus centra. Tas ir Koriolisa spēks, kura mērķis ir novirzīt bumbu uz sāniem. Gadās, ka gan A, gan B ir atšķirīgs augšupvērstais ātrums, jo tie atrodas dažādos attālumos no rotācijas ass. B ātrums ir lielāks, un tos piešķir:

Koriolisa paātrinājuma aprēķins

Koriolisa paātrinājums būtiski ietekmē gaisa masu kustību un tādējādi ietekmē klimatu. Tāpēc ir svarīgi to ņemt vērā, lai izpētītu, kā pārvietojas gaisa straumes un okeāna straumes.

Cilvēki to var arī pieredzēt, mēģinot staigāt pa platformu, kas rotē, piemēram, uz kustīga karuseļa.

Pieņemsim, ka gadījumā, kas parādīts iepriekšējā attēlā, smagums netiek ņemts vērā un kustība tiek vizualizēta no inerces atskaites sistēmas, kas atrodas ārpus platformas. Šajā gadījumā kustība izskatās šādi:

3. attēls. Lodes palaišana no inerciālās atskaites sistēmas. Nākamais ceļš ir taisns (smagums netiek ņemts vērā).

Bumbas novirze no sākotnējās B stāvokļa ir šāda:

Bet R _B - R = vt, tad:

s = ω. (vt). t = ω vt ²

Tā ir kustība ar sākotnējo ātrumu 0 un pastāvīgu paātrinājumu:

a _Coriolis = 2ω .v

Atsauces

1. Aguilar, A. 2004. Vispārīgā ģeogrāfija. 2. Izdevums. Prentice zāle. 35-38.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 214–216. Prentice zāle.
3. Lowrie, W. 2007. Ģeofizikas pamati. 2. Izdevums. Cambridge University Press 48-61.
4. Osters, L. 1984. Mūsdienu astronomija. Redakcijas atsaukums. 37-52.
5. Reālās pasaules fizikas problēmas. Koriolisa spēks. Atgūts no: real-world-physics-problems.com.
6. Kāpēc Zeme rotē? Saturs iegūts no: spaceplace.nasa.gov.
7. Wikipedia. Koriolisa efekts. Atgūts no: es.wikipedia.org.