V = (R e R p R p 2 + R e 2 tg 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 tg 2 φ) ω (displaystyle v=\left((\frac (R_(e)) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2) \ varphi ))) \ right) \ omega ), де R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 км – екваторіальний радіус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 км – полярний радіус.

• Літак, що летить із цією швидкістю зі сходу на захід (на висоті 12 км: 936 км/год на широті Москви, 837 км/год на широті Санкт-Петербурга) в інерційній системі відліку буде спочивати.
• Суперпозиція обертання Землі навколо осі з періодом в одну зоряну добу і навколо Сонця з періодом в один рік призводить до нерівності сонячної та зоряної доби: довжина середньої сонячної доби становить рівно 24 години, що на 3 хвилини 56 секунд довше за зоряну добу.

Фізичний сенс та експериментальні підтвердження

Фізичний сенс обертання Землі навколо осі

Оскільки будь-який рух є відносним, необхідно вказувати конкретну систему відліку, щодо якої вивчається рух того чи іншого тіла. Коли кажуть, що Земля обертається навколо уявної осі, мають на увазі, що вона робить обертальний рухщодо будь-якої інерційної системи відліку, причому період цього обертання дорівнює зоряним добам - періоду повного обороту Землі (небесної сфери) щодо небесної сфери (Землі).

Усе експериментальні доказиобертання Землі навколо осі зводяться до доказу того, що система відліку, пов'язана з Землею, є неінерціальною системою відліку спеціального виду - системою відліку, що здійснює обертальний рух щодо інерційних систем відліку .

На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку), для виявлення неінерційного руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, зроблених усередині цієї лабораторії). У цьому сенсі слова неінерційний рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названий абсолютним.

Сили інерції

Ефекти відцентрової сили

Залежність прискорення вільного падіння географічної широти.Експерименти показують, що прискорення “вільного” падіння залежить від географічної широти: чим ближче до полюса, тим воно більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань r (\displaystyle r)від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили та площиною горизонту зменшується, що призводить до зменшення вертикальної компоненти відцентрової сили.

Це явище було відкрито в 1672 році, коли французький астроном Жан-Ріше, перебуваючи в експедиції в Африці, виявив, що у екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж у Парижі. Ньютон невдовзі пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний квадратного кореняіз прискорення вільного падіння, що зменшується на екваторі через дію відцентрової сили.

Сплюсненість Землі.Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутості Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном наприкінці XVIIстоліття, було вперше виявлено П'єром-де-Мопертюї в кінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми в Перу (під керівництвом П'єра-Бугера і Шарля-де-ла-Кондаміна) і Лапландію (під керівництвом Мопертюї).

Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти

Найбільш чітко цей ефект має бути виражений на полюсах, де період повного повороту площини маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряної доби). У випадку, період назад пропорційний синусу географічної широти , на екваторі площину коливань маятника незмінна.

Гіроскоп- тіло, що обертається, зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних обурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко не на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а отже, повільно повертався щодо спостерігача.

Відхилення снарядів при гарматній стрільбі.Іншим спостеріганим проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (у північній півкулі вправо, у південній - вліво), що вистрілюються у горизонтальному напрямку. З точки зору інерційної системи відліку, для снарядів, що вистрілюються вздовж меридіана, це пов'язано з залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінної, в той час як лінійна швидкість обертання що призводить до зміщення снаряда від меридіана у бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язане з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, тоді як точки земної поверхні рухаються в площині перпендикулярної осі обертання Землі. Цей ефект (для випадку стрілянини вздовж меридіана) був передбачений Ґрімальді у 40-х роках XVII ст. і вперше опубліковано Річчолі у 1651 р.

Відхилення тіл, що вільно падають, від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса спрямована на схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерційній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина вежі щодо центру Землі рухається швидше, ніж основа, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузькою параболою і тіло трохи випереджає основу вежі.

Ефект Етвеша.На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована у вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, залежно від того, чи тіло рухається на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша на честь угорського фізика Лоранда-Етвеша, який експериментально виявив його на початку XX століття.

Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу.Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерціальній системі відліку величина моменту імпульсу (рівна добутку моменту інерції на кутову швидкість обертання) під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо деякий початковий момент часу установка нерухома щодо Землі, швидкість її обертання щодо інерційної системи відліку дорівнює кутовий швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, має змінитися кутова швидкість її обертання, тобто почнеться обертання щодо Землі. У неінерційній системі відліку, пов'язаної із Землею, обертання виникає внаслідок дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким ученим Луї-Пуансо в 1851 р.

Перший такий експеримент був поставлений Хагеном в 1910: два вантажі на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла у обертання. Ще наочніший досвід поставив німецький учений Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 р. Стрижень довжиною приблизно 1,5 метра був встановлений перпендикулярно прямокутній рамці. Спочатку стрижень був горизонтальний, установка була нерухомою щодо Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в 10 4 разів і її швидкого обертання з кутовою швидкістю, що у 10 4 разів перевищує швидкість обертання Землі.

Вирва у ванні.

Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона дуже мало впливає на напрямок закручування води при сливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрямок обертання у вирві не пов'язаний з обертанням Землі. Тільки в ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: у північній півкулі вирва буде закручена проти годинникової стрілки, у південній - навпаки.

Ефекти сили Коріоліса: явища у навколишній природі

Оптичні експерименти

В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевий інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз

де A (\displaystyle A)- площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну до осі обертання), c (\displaystyle c)- швидкість світла , ω (\displaystyle \omega )- Кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект був використаний американським фізиком Майкельсоном у серії експериментів, поставлених у 1923-1925 рр. У сучасних експериментах, що використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.

Існує ряд інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.

Нерівномірність обертання

Прецесія та нутація

Історія ідеї добового обертання Землі

Античність

Пояснення добового обертання небосхилу обертанням Землі навколо осі вперше було запропоновано представниками піфагорійської школи, сиракузянами Гікет і Екфантом. Згідно з деякими реконструкціями, обертання Землі затверджував також піфагорієць Філолай з Кротона (V століття до н. Е..). Висловлювання, яке можна трактувати як вказівку на обертання Землі, міститься у Платонівському діалозі Тімей .

Однак про Гікет і Екфанте практично нічого невідомо, і навіть саме їх існування іноді піддається сумніву. На думку більшості вчених, Земля у системі світу Філолая робила не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. У своїх творах Платон слід традиційному думці про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідчення, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід-Понтійський (IV століття до н. Е..). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язане ще одне припущення Геракліда: кожна зірка є світом, що включає землю, повітря, ефір, причому все це знаходиться в безкінечному просторі. Дійсно, якщо добове обертання піднебіння є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки, що знаходяться на одній сфері.

Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовоюпершою, запропонованою великим астрономом Аристархом-Самоським (III століття до н. Е..). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н. е.), так само, як і Гераклід-Понтійський, який вважав Всесвіт нескінченним. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще у I столітті н. е., свідчать деякі висловлювання філософів Сенеки, Деркілліда, астронома Клавдія-Птолемея. Переважна більшість астрономів та філософів, однак, не сумнівалося у нерухомості Землі.

Аргументи проти ідеї руху Землі є у творах Аристотеля та Птолемея. Так, у своєму трактаті Про НебоАристотель обгрунтує нерухомість Землі тим, що на Землі, що обертається, кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почалося їх рух: поверхня Землі зрушувалася б під кинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, наведений Аристотелем, заснований на його фізичній теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властиво рух до центру світу, а не обертання навколо нього.

З твору Птолемея випливає, що прибічники гіпотези обертання Землі на ці аргументи відповідали, як і повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. Очевидно, роль повітря у цьому міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що

тіла, що знаходяться в повітрі, завжди будуть здаватися відстаючими... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то жодне з них не здавалося б випереджаючим інше або відстає від нього, але залишалося б на місці, у польоті і киданні воно не робило б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми наочно бачимо такими, що відбуваються, і в них взагалі не відбувалося б уповільнення або прискорення, тому що Земля не є нерухомою.

Середні століття

Індія

Першим із середньовічних авторів, який висловив припущення про обертання Землі навколо осі, був великий індійський астроном і математик Аріабхата (кін. V – поч. VI ст.). Він формулює її у кількох місцях свого трактату Аріабхатія, наприклад:

Так само, як людина на кораблі, що рухається вперед, бачить закріплені об'єкти, що рухаються назад, так і спостерігач… бачить нерухомі зірки, що рухаються по прямій лінії на захід.

Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхаті, чи він її запозичив у давньогрецьких астрономів.

Аріабхату підтримав лише один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювало нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) стверджував, що на Землі, що обертається, птахи, що летять у повітрі, не могли б повернутися до своїх гнізд, а каміння і дерева злітали б з поверхні Землі. Визначний астроном Брахмагупта (VI в.) повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гори, але змогло б опуститися до її заснування. При цьому він, однак, відкинув один із доводів Варахаміхіри: на його думку, навіть якби Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї через свою тяжкість.

Ісламський Схід

Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої заснований на цьому припущенні. Деякі ісламські вчені (імена яких до нас не дійшли) навіть знайшли правильний спосіб спростування основного аргументу проти обертання Землі: вертикальності траєкторій падаючих тіл. По суті, при цьому був висловлений принцип суперпозиції рухів, згідно з яким будь-яке переміщення можна розкласти на два або кілька складових: по відношенню до поверхні Землі, що обертається, падаюче тіло рухається по прямовисній лінії, але точка, що є проекцією цієї лінії на поверхню Землі, переноситься б її обертанням. Про це свідчить знаменитий учений-енциклопедист ал-Біруні, який сам, однак, схилявся до нерухомості Землі. На його думку, якщо на падаюче тіло діятиме якась додаткова сила, то результат її дії на Землі, що обертається, призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.

Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних із Марагінською та Самаркандською обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обґрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб-ад-Дін-аш-Шіразі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути засвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагинської обсерваторії Насір-ад-Дін-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання розділяв би шар повітря, прилеглий до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б так само, якби Земля була нерухомою. Він це обґрунтовував за допомогою спостережень комет: згідно з Аристотелем, комети є метеорологічним явищем у верхніх шарах атмосфери; Проте, астрономічні спостереженняпоказують, що комети беруть участь у добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповіді на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомості Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.

Більшість ісламських вчених пізнішого часу (аль-Урді, аль-Казвіні, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанді та інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явищана обертається і нерухомої Землею відбувалися б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, але і всі предмети переносяться Землею, що обертається. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.

Особливу позицію в цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Алауддін-Алі-аль-Кущі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті до аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха-ад-Дін-ал-Амілі. На його думку, астрономи та філософи не представили достатніх доказів, які спростовують обертання Землі.

Латинський Захід

Детальне обговорення можливості руху Землі широко міститься в творах паризьких схоластів Жана-Бурідана, Альберта-Саксонського, і Миколи-Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а чи неба, наведеним у тому роботах, є трохи Землі проти Всесвіту, що робить приписування добового обертання небосхилу Всесвіту вищого ступеняпротиприродним.

Проте ці вчені зрештою відкинули обертання Землі, хоча й різних підставах. Так, Альберт-Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити астрономічні явища, що спостерігаються. З цим справедливо не погодилися Бурідан та Орем, на думку яких небесні явищаповинні відбуватися однаково незалежно від того, що робить обертання, Земля чи Космос. Бурідан зміг знайти тільки один істотний аргумент проти обертання Землі: стріли, що пускаються вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, повинні були б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.

Але навіть і цей аргумент був відкинутий Оремом. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і водночас рухається Схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом із Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки вона була випущена. Хоча тут знову згадується про роль повітря, що захоплює, насправді він не відіграє особливої ​​ролі. Про це свідчить така аналогія:

Подібним чином, якби повітря було закрито в судні, що рухається, то людині, оточеній цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається... Якби людина знаходилася в кораблі, що рухається з великою швидкістю на схід, не знаючи про цей рух, і якби він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому здалося, що його рука робить прямолінійний рух; так само, згідно з цією теорією, нам видається, що така ж річ відбувається зі стрілою, коли ми пускаємо її вертикально вгору або вертикально вниз. Усередині корабля, що рухається з великою швидкістю на схід, можуть бути всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, у всіх напрямках - і вони здаються точно такими ж, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.

Далі Орем наводить формулювання, що передбачає принцип  відносності :

Я укладаю, отже, за допомогою будь-якого досвіду неможливо продемонструвати, що небеса мають добовий рух і що Земля його не має.

Проте остаточний вердикт Орема про можливість обертання Землі був негативним. Підставою для такого висновку був текст Біблії:

Однак досі всі підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, яке не похитнеться», незважаючи на всі протилежні аргументи.

Про можливість добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені та філософи пізнішого часу, проте жодних нових аргументів, що не містилися у Бурідана та Орема, додано не було.

Таким чином, практично ніхто із середньовічних вчених так і не прийняв гіпотезу про обертання Землі. Однак під час її обговорення вченими Сходу та Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.

Епоха Відродження та Новий час

У першій половині XVI століття побачили світ кілька творів, які стверджували, що причиною добового обертання небосхилу є обертання Землі навколо осі. Одним з них був трактат італійця Челіо Кальканьїні «Про те, що небо нерухоме, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525, виданий в 1544). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже була опублікована фундаментальна праця польського астронома Миколи-Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 р.), де гіпотеза добового обертання Землі в нього стала частиною геліоцентричної системи Америста. . Свої думки Коперник раніше виклав у невеликому рукописному творі Малий Коментар(Не раніше 1515). Два роки раніше основної праці Коперника вийшов твір німецького астронома Георга Іоахима Ретика Перша розповідь(1541 р.), де популярно викладено теорію Коперника.

У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас-Діггес, Ретік, Крістоф Ротман, Міхаель-Местлін, фізики Джамбатиста-Бенедетті, Симон-Стевін, філософ Джордано-Бруно, богослов Дієго де Цуні. Деякі вчені приймали обертання Землі навколо осі, відкидаючи поступальний рух. Такою була позиція німецького астронома Ніколаса-Реймерса, відомого також як Урсус, а також італійських філософів Андреа-Чезальпіно і Франческо-Патриці. Не зовсім зрозуміла точка зору видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертання Землі, але не висловлювався з приводу її поступального руху. На початку XVII ст. геліоцентрична системасвіту (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала велику підтримку з боку Галілео, Галілея та Йоганна Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо-Браге і Христофор-Клавіус.

Гіпотеза про обертання Землі та становлення класичної механіки

Фактично, у XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба у приписуванні зірковій сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще у Бурідана та Орема) .

Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних уставах на той час. Насамперед, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися й інші аргументи, наприклад, рівна дальність стрілянини у східному та західному напрямках. Відповідаючи питанням про ненаблюдаемости ефектів добового обертання у земних експериментах, Коперник писав:

Обертається не тільки Земля зі сполученою з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином схоже на Землю, або вже найближче до Землі повітря просочене земною і водною матерією, дотримується тих самих законів природи, що і Земля, або має набутий рух, який повідомляється йому прилеглою Землею в постійному обертанні і без жодного опору

Отже, головну роль ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої ж думки дотримувалася і більшість коперніканців у XVI столітті.

Прихильниками нескінченності Всесвіту в XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно, Франческо Патриці - всі вони підтримували гіпотезу про обертання Землі навколо осі (а перші двоє - також навколо Сонця). Крістоф Ротман і Галілео Галілей вважали зірки розташованими на різних відстанях від Землі, хоча явно не висловлювалися з приводу нескінченності Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоча і був прихильником обертання Землі.

Релігійний контекст суперечок про обертання Землі

Ряд заперечень проти обертання Землі був із її протиріччями тексту Святого Письма. Ці заперечення були двох видів. По-перше, деякі місця в Біблії наводилися на підтвердження того, що добовий рух здійснює саме Сонце, наприклад:

Сходить сонце і заходить сонце, і поспішає до свого місця, де воно сходить.

У разі під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу захід є частиною добового обертання небосхилу. Часто у зв'язку з цим цитувався уривок з книги Ісуса.

Ісус покликав Господа того дня, коли Господь Аморея видав на руки Ізраїля, коли побив їх у Ґів'оні, і вони були побиті перед лицем Ізраїлевих синів. !

Оскільки команда зупинитися була дана Сонцю, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомості Землі, наприклад:

Ти поставив землю на твердих основах: Не похитнеться вона на віки й повіки .

Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думці про обертання Землі навколо осі, так і звернення навколо Сонця.

Прибічники обертання Землі (зокрема, Джордано-Бруно, Йоганн-Кеплер і особливо Галілео-Галілей) проводили захист за декількома напрямками. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукового погляду формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:

У багатьох випадках безглуздо і недоцільно наводити багато міркувань швидше відповідно до істини, ніж відповідно до даного випадку та зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через полудень і схиляється до Аквілона» - мудрець сказав: «Земля йде по колу на схід і, покидаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака до Півдня, від Козерога до Аквілона», - то слухачі стали б роздумувати: «Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? Зрештою, вони його вважали б за дурня, і він справді був би дурнем.

Такі відповіді давалися переважно на заперечення, що стосувалися добового руху Сонця. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії мають бути трактовані алегорично (див. статтю Біблійний алегоризм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоцій типу гніву тощо. головною думкоюзахисників вчення про рух Землі було те, що наука та релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись доказами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, її порятунок. Галілей у зв'язку з цим цитував кардинала Бароніо, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.

Ці докази були пораховані католицькою церквоюнепереконливими, й у 1616 р. вчення про обертанні Землі було заборонено, а 1631 р. Галілей було засуджено судом інквізиції за захист. Однак за межами Італії ця заборона не вплинула на розвиток науки і сприяла головним чином падінню авторитету самої католицької церкви.

Необхідно додати, що релігійні аргументи проти руху Землі наводили як церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге ). З іншого боку, католицький ченець Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про погляди піфагорійців і Коперника на рухливість Землі та нерухомість Сонця і про нову піфагорійську систему світобудови» (1615 р.), де висловлював міркування, близькі до Галі Цуніга навіть використав теорію Коперника для тлумачення деяких місць Святого Письма (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не так конфліктом між наукою та релігією як такими, як конфліктом між старими (до початку XVIIстоліття вже застарілими) та новими методологічними принципами, що покладаються в основу науки.

Значення гіпотези про обертання Землі у розвиток науки

Осмислення наукових проблем, що порушуються теорією Землі, що обертається, сприяло відкриттю законів класичної механікиі створення нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Протиріччя між цією теорією і буквалістським прочитанням Біблії, що обговорювалися в ході цього процесу, сприяли розмежуванню природознавства та релігії.

Земля знаходиться постійно в русі, обертаючись навколо Сонця та навколо своєї власної осі. Цей рух і постійний нахил осі Землі (23,5°) визначає багато ефектів, які ми спостерігаємо як нормальні явища: ніч і день (через обертання Землі навколо своєї осі), зміна сезонів (через нахилу осі Землі), та різний клімат у різних областях. Глобуси можна обертати і їх вісь має нахил як і вісь Землі (23,5 °), тому за допомогою глобуса можна простежити рух Землі навколо своєї осі досить точно, а за допомогою системи "Земля - ​​Сонце" можна простежити рух Землі навколо Сонця.

Обертання Землі навколо своєї осі

Земля обертається навколо своєї осі із заходу на схід (проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку Північного полюса). Землі потрібні 23 години, 56 хвилин, та 4.09 секунди, щоб закінчити один повний оберт навколо власної осі. День і ніч обумовлені обертанням Землі. Кутова швидкістьобертання Землі навколо своєї осі або кут, на який повертається будь-яка точка на поверхні Землі, однаковий. Він становить 15 градусів за годину. А ось лінійна швидкість обертання в будь-якому місці на екваторі становить приблизно 1669 кілометрів на годину (464 м/с), зменшуючись до нуля на полюсах. Наприклад, швидкість обертання на широті 30 ° - 1445 км/год (400 м/с).
Ми не помічаємо обертання Землі з тієї простої причини, що паралельно і одночасно з нами рухаються з тією самою швидкістю всі предмети навколо нас і немає "відносних" рухів предметів навколо нас. Якщо, наприклад, корабель йтиме рівномірно, без прискорення та гальмування по морю в спокійну погоду без хвилювання на поверхні води, ми зовсім не відчуватимемо того, як такий корабель рухається, якщо знаходимось у каюті без ілюмінатора, оскільки всі предмети всередині каюти будуть рухатися паралельно разом із нами та кораблем.

Рух Землі навколо Сонця

У той час, як Земля обертається навколо своєї осі, вона звертається і навколо Сонця із заходу на схід проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного полюса. Землі потрібен один зірковий рік (близько 365,2564 діб), щоб закінчити один повний оберт навколо Сонця. Шлях руху Землі навколо Сонця називається орбітою Земліі це орбіта не ідеально кругла. Середня відстань від Землі до Сонця - приблизно 150 мільйонів кілометрів, і це відстань змінюється до 5 мільйонів кілометрів, формуючи невеликий овал орбіти (еліпс). Найближча до Сонця точка орбіти Землі називається - Перигелій. Земля проходить цю точку на початку січня. Найбільш віддалена від Сонця точка орбіти Землі, називається Афелій. Земля проходить цю точку на початку липня.
Оскільки наша Земля рухається навколо Сонця еліптичною траєкторією, то швидкість по орбіті змінюється. У липні швидкість мінімальна (29,27 км/сек) і після проходження афелія (верхня червона точка на анімації) вона починає прискорюватися, а в січні швидкість максимальна (30,27 км/сек) і починає сповільнюватися після проходження перигелію (нижня червона точка) ).
У той час, поки Земля робить один оберт навколо Сонця, вона долає відстань рівну 942 мільйонів кілометрів за 365 днів, 6 годин, 9 хвилин і 9.5 секунд, тобто ми мчимося разом із Землею навколо Сонця. середньою швидкістю 30 км в секунду (або 107460 км на годину), і в той же час Земля обертається навколо своєї власної осі за 24 години один раз (за рік 365 разів).
Насправді, якщо розглядати рух Землі більш скрупульозно, воно набагато складніше, оскільки на Землю впливають різні фактори: обертання Місяця навколо Землі, тяжіння інших планет і зірок.

Люди з давніх-давен цікавилися, чому ніч змінюється вдень, зима навесні, а літо восени. Пізніше, коли на перші запитання було знайдено відповіді, вчені почали детальніше розглядати Землю як об'єкт, намагаючись дізнатися, з якою швидкістю Земля обертається навколо Сонця та навколо своєї осі.

Вконтакте

Рух Землі

Усі небесні тіла перебувають у русі, Земля не виняток. Причому в неї одночасно відбувається осьовий рух та рух навколо Сонця.

Щоб наочно уявити рух Землі, Досить глянути на дзига, що одночасно обертається навколо осі і швидко переміщається по підлозі. Якби цього руху був, Земля була б придатною життя. Так, наша планета без обертання навколо своєї осі була б постійно повернена до Сонця однією своєю стороною, на якій температура повітря досягала б +100 градусів, і вся вода, що є на цій ділянці, перетворилася б на пару. З іншого боку температура була б мінусова і всю поверхню цієї частини покривали льоди.

Орбіта обертання

Обертання навколо Сонця слідує за певною траєкторією – орбітою, яка встановилася за рахунок тяжіння Сонця та швидкості руху нашої планети. Якби тяжіння було в кілька разів сильнішим або швидкість значно нижчою, то Земля впала на Сонце. А якби тяжіння зниклоабо сильно поменшало, то планета, ведена своєю відцентровою силою, полетіла по дотичній у космос. Це було б подібно до того, як якщо предмет, прив'язаний на мотузку, обертати над головою, а потім різко відпустити.

Траєкторія руху Землі має форму еліпса, а не ідеального кола, а відстань до світила неоднакова протягом року. У січні планета підходить до точки, що знаходиться найближче до світила, - вона називається перигелієм - і віддалена від світила на 147 млн ​​км. А у липні Земля віддаляється від сонця на 152 млн км, підходячи до точки, званої афелієм. За середню відстань беруть 150 млн км.

Земля рухається своєю орбітою із заходу Схід, що відповідає напрямку «проти годинникової стрілки».

На 1 оборот навколо центру Сонячної системиЗемлі потрібно 365 діб 5 годин 48 хвилин 46 секунд (1 астрономічний рік). Але для зручності за календарний рік прийнято рахувати 365 днів, а час, що залишився, «накопичується» і додає по одному дню до кожного високосного року.

Орбітальна відстань дорівнює 942 млн км. Виходячи з розрахунків, швидкість Землі становить 30 км/с або 107000 км/год. Для людей вона залишається непомітною, оскільки всі люди та предмети рухаються однаково у системі координат. А тим часом вона дуже велика. Для прикладу, найбільша швидкістьгоночного автомобіля дорівнює 300 км/год, що в 365 разів повільніше за швидкість Землі, що мчить по своїй орбіті.

Проте величина 30 км/с непостійна у зв'язку з тим, що орбіта є еліпс. Швидкість руху нашої планетипротягом усього шляху дещо коливається. Найбільша різниця досягається при проходженні точок перигелію та афелію і становить 1 км/с. Тобто, прийнята швидкість 30 км/с є середньою.

Осьове обертання

Земна вісь – умовна лінія, яку можна провести від північного до південному полюсу. Вона проходить під кутом 66°33 щодо площини нашої планети. Одне звернення відбувається за 23 години 56 хвилин та 4 секунди, цей час позначається зоряною добою.

Головний результат осьового обертання – зміна дня та ночі на планеті. Крім того, за рахунок цього руху:

• Земля має форму зі сплюснутими полюсами;
• тіла (протікання річок, вітер), що рухаються в горизонтальній площині, дещо зміщуються (у Південній півкулі – вліво, у Північній – вправо).

Швидкість осьового руху різних ділянках значно відрізняється. Найвища на екваторі - 465 м/с або 1674 км/год, вона називається лінійною. Така швидкість, наприклад, у столиці Еквадору. На ділянках на північ або на південь від екватора швидкість обертання знижується. Наприклад, у Москві вона майже вдвічі нижча. Ці швидкості називають кутовими, їх показник стає меншим у міру наближення до полюсів. На самих же полюсах швидкість дорівнює нулю, тобто полюси - єдині частини планети, що знаходяться без руху щодо осі.

Саме розташування осі під певним кутом визначає зміну пір року. Перебуваючи саме в такому становищі, різні областіпланети отримують неоднакову кількість тепла у різний час. Якби наша планета розташовувалась строго вертикально щодо Сонця, то пори року не було зовсім, оскільки освітлені світилом у денний час північні широти отримували стільки ж тепла і світла, як і південні широти.

На осьове обертання впливають такі фактори:

• сезонні зміни (опади, рух атмосфери);
• приливні хвилі проти спрямування осьового руху.

Ці фактори гальмують планету, внаслідок чого зменшується її швидкість. Показник цього зменшення дуже малий лише 1 секунда за 40000 років, проте, за 1 млрд років доба подовжилася з 17-ї до 24-ї години.

Рух Землі продовжують вивчати досі. Ці дані допомагають скласти точніші зіркові карти, а також визначити зв'язок цього руху з природними процесами на нашій планеті.

• День міняє ніч.
• Земля робить повний оборот за 23 години та 57 хвилин.
• Якщо дивитись із Північного полюса, то планета обертається проти годинникової стрілки.
• Кут обертання становить 15 градусів на годину і у будь-якій точці Землі однаковий.
• Лінійна швидкість обертів на всій території планети неоднорідна. На полюсах вона дорівнює нулю і з наближенням до екватора збільшує показники. На екваторі швидкість обертання становить приблизно 1668 км/год.

Важливо! Швидкість руху з кожним роком зменшується на 3 мілісекунди. Фахівці пов'язують цей факт із тяжінням Місяця. Впливаючи на припливи і відливи, супутник хіба що тягне себе воду у протилежну від руху Землі бік. Створюється ефект тертя на дні океанів, і планета трохи сповільнює хід.

Повернення планети навколо Сонця

Важливо! Астрономи називають далеку від Сонця точку орбіти Афелій, і планета проходить її наприкінці червня. Ближню – Перигелій, і ми проходимо її разом із планетою наприкінці грудня.

Важливо! При більш уважному вивченні руху Землі орбітою астрономи враховують додаткові щонайменше важливі чинники: тяжіння всіх небесних тіл Сонячної системи, вплив інших зірок і характер обертання Місяця.

Чергування пір року

Важливо! Два рази на рік на обох півкулях планети встановлюється відносно однаковий сезонний стан. Земля тим часом повернута до Сонця в такий спосіб, що його рівномірно висвітлює її поверхню. Це відбувається восени та навесні в дні рівнодення.

Високосний рік

Важливо! На обертання Землі впливає її супутник - Місяць. Під її гравітаційним полем обертання планети поступово уповільнюється, що з кожним століттям збільшує довжину доби на 0,001 с.

Дистанція між нашою планетою та Сонцем

Земля завжди перебуває у русі. Хоча здається, що ми стоїмо нерухомо на поверхні планети, вона безперервно обертається навколо своєї осі та Сонця. Цей рух не відчувається нами, оскільки він нагадує політ у літаку. Ми рухаємося з тією ж швидкістю, як і літак, тому не відчуваємо, що рухаємося взагалі.

З якою швидкістю Земля обертається навколо осі?

Земля робить один оберт навколо своєї осі майже за 24 години (якщо бути точними, то за 23ч 56 хв 4,09 с або 23,93 години). Оскільки коло Землі становить 40075 км, то будь-який об'єкт на екваторі обертається зі швидкістю приблизно 1674 км на годину або приблизно 465 метрів (0,465 км) на секунду (40075 км ділимо на 23,93 години та отримуємо 1674 км на годину).

На (90 градусах північної широти) та (90 градусах південної широти), швидкість фактично дорівнює нулю, тому що точки полюсів обертаються на дуже повільній швидкості.

Щоб визначити швидкість на будь-якій іншій широті, просто помножте косинус широти на швидкість обертання планети на екваторі (1674 км на годину). Косинус 45 градусів дорівнює 0,7071, таким чином, множимо 0,7071 на 1674 км на годину та отримуємо 1183,7 км на годину.

Косинус необхідної широти легко визначити за допомогою калькулятора або подивитися у таблиці косінусів.

Швидкість обертання Землі для інших широт:

• 10 градусів: 0.9848×1674=1648,6 км на годину;
• 20 градусів: 0.9397×1674=1573,1 км за годину;
• 30 градусів: 0.866×1674=1449,7 км за годину;
• 40 градусів: 0.766×1674=1282,3 км на годину;
• 50 градусів: 0.6428×1674=1076,0 км на годину;
• 60 градусів: 0.5×1674 = 837,0 км на годину;
• 70 градусів: 0.342×1674=572,5 км на годину;
• 80 градусів: 0.1736×1674=290,6 км на годину.

Циклічне гальмування

Все циклічно, навіть швидкість обертання нашої планети, яку геофізики можуть виміряти з точністю до мілісекунд. Обертання Землі, як правило, має п'ятирічні цикли уповільнення та прискорення, та останній рікциклу уповільнення часто взаємопов'язаний із сплеском землетрусів у всьому світі.

Оскільки 2018 рік є останнім у циклі уповільнення, вчені очікують цього року на зростання сейсмічної активності. Кореляція не є причинно-наслідковим зв'язком, але геологи завжди шукають інструменти, щоб спробувати передбачити, коли відбудеться черговий потужний землетрус.

Коливання земної осі

Земля при обертанні робить невеликі коливання, оскільки її вісь дрейфує на полюсах. Було помічено, що дрейф земної осіприскорився з 2000 року, рухаючись із швидкістю 17 см на рік на схід. Вчені встановили, що вісь, як і раніше, рухається на схід замість того, щоб рухатися вперед і назад через комбінований ефект танення Гренландії і , а також втрати води в Євразії.

Дрейф осі, як передбачається, особливо чутливий до змін, що відбуваються на 45 градусах північної та південної широти. Це відкриття призвело до того, що вчені нарешті змогли відповісти на давнє запитання, чому ось взагалі дрейфує. Коливання осі на Схід чи Захід викликано сухими чи вологими роками у Євразії.

З якою швидкістю Земля рухається навколо Сонця?

На додаток до швидкості обертання Землі навколо своєї осі, наша планета також обертається навколо Сонця зі швидкістю близько 108000 км/год (або приблизно 30 км/сек), і повністю завершує свою орбіту навколо Сонця за 365,256 днів.

Лише у 16-му столітті люди зрозуміли, що Сонце є центром нашої Сонячної системи, і що Земля переміщається навколо нього, а не є нерухомим центром Всесвіту.