RUCH OBROTOWY ZIEMI: CHARAKTERYSTYKA I KONSEKWENCJE - FIZYCZNY - 2026

Ruch obrotowy Ziemi to ten, który nasza planeta wykonuje wokół osi Ziemi w kierunku zachód-wschód i trwa około jednego dnia, a dokładnie 23 godziny, 56 minut i 3,5 sekundy.

Ten ruch, wraz z translacją wokół Słońca, jest najważniejszy, jaki posiada Ziemia. W szczególności ruch rotacyjny ma duży wpływ na codzienne życie istot żywych, ponieważ powoduje powstawanie dni i nocy.

Rysunek 1. Dzięki ruchowi Ziemi jeden obszar pozostaje oświetlony (w dzień), a drugi w nocy. Źródło: Pixabay.

Dlatego każdy przedział czasu ma określoną ilość światła słonecznego, co jest powszechnie nazywane dniem, i brakiem światła słonecznego lub nocą. Rotacja Ziemi niesie również zmiany temperatury, ponieważ dzień jest okresem ocieplenia, a noc jest okresem ochłodzenia.

Okoliczności te stanowią kamień milowy we wszystkich żywych istotach zamieszkujących planetę, dając początek wielu adaptacjom pod względem nawyków życiowych. Zgodnie z nim firmy ustalały okresy działalności i odpoczynku zgodnie ze swoimi zwyczajami i wpływem otoczenia.

Oczywiście jasne i ciemne strefy zmieniają się w miarę ruchu. Dzieląc 360º, który ma obwód, między 24 godziny, do których zaokrągla się dzień, okazuje się, że w ciągu 1 godziny Ziemia obróciła się o 15º w kierunku zachodnio-wschodnim.

Dlatego jeśli przemieszczamy się na zachód 15º to jest to godzinę wcześniej, odwrotnie dzieje się, gdy jedziemy na wschód.

Prędkość obrotu Ziemi wokół własnej osi oszacowano na 1600 km / h na równiku, z następczym spadkiem w miarę zbliżania się do biegunów, aż zniknie dokładnie na osi obrotu.

Charakterystyka i przyczyny

Powód, dla którego Ziemia obraca się wokół własnej osi, tkwi w pochodzeniu Układu Słonecznego. Być może Słońce długo spędziło dopiero po tym, jak grawitacja umożliwiła jego narodziny z amorficznej materii, która zamieszkuje przestrzeń. Kiedy się uformowało, Słońce uzyskało rotację zapewnianą przez prymitywną chmurę materii.

Część materii, która dała początek gwiazdy, została zagęszczona wokół Słońca, tworząc planety, które również miały swój udział w pędzie pierwotnym obłoku. W ten sposób wszystkie planety (w tym Ziemia) mają swój własny ruch obrotowy w kierunku zachód-wschód, z wyjątkiem Wenus i Urana, które obracają się w przeciwnym kierunku.

Niektórzy uważają, że Uran zderzył się z inną planetą o podobnej gęstości iw wyniku uderzenia zmienił swoją oś i kierunek obrotu. Na Wenus istnienie pływów gazowych może wyjaśniać, dlaczego kierunek rotacji powoli zmieniał się w czasie.

Moment pędu

Moment pędu w ruchu obrotowym jest tym, czym pęd liniowy jest dla ruchu. Dla ciała obracającego się wokół ustalonej osi, takiej jak Ziemia, jego wielkość jest wyrażona wzorem:

W tym równaniu L to moment pędu (kg · m ² / s), I to moment bezwładności (kg · m ² ), aw to prędkość kątowa (radian / s).

Moment pędu jest zachowany, dopóki na układ nie działa żaden moment obrotowy netto. W przypadku powstania Układu Słonecznego, Słońce i materia, która dała początek planetom, uważane są za układ izolowany, w którym żadna siła nie wywołała zewnętrznego momentu obrotowego.

Ćwiczenie rozwiązane

Zakładając, że Ziemia jest idealną kulą i zachowuje się jak ciało sztywne i korzystając z dostarczonych danych, należy wyznaczyć jej moment obrotowy: a) wokół własnej osi oraz b) w ruchu postępowym wokół Słońca.

Rozwiązanie

a) Najpierw musisz rozpatrzyć moment bezwładności Ziemi jako kulę o promieniu R i masie M.

Prędkość kątową oblicza się w następujący sposób:

Gdzie T jest okresem ruchu, który w tym przypadku wynosi 24 godziny = 86400 s, a zatem:

Moment pędu obrotu wokół własnej osi wynosi:

b) Ze względu na ruch postępowy wokół Słońca Ziemię można uznać za obiekt punktowy, którego moment bezwładności wynosi I = MR ² _m

W roku jest 365 × 24 × 86400 s = 3,1536 × 10 ⁷ s, orbitalna prędkość kątowa Ziemi wynosi:

Przy tych wartościach orbitalny moment pędu Ziemi wynosi:

Konsekwencje ruchu obrotowego

Jak wspomniano powyżej, następstwo dni i nocy wraz ze zmianami godzin światła i temperatury są najważniejszą konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi wokół własnej osi. Jednak jego wpływ wykracza nieco poza ten decydujący fakt:

- Rotacja Ziemi jest ściśle związana z kształtem planety. Ziemia nie jest idealną kulą jak kula bilardowa. Gdy się obraca, rozwijają się siły, które go deformują, powodując wybrzuszenie na równiku i późniejsze spłaszczenie na biegunach.

- Deformacja Ziemi powoduje niewielkie wahania wartości przyspieszenia ziemskiego g w różnych miejscach. Na przykład wartość g jest większa na biegunach niż na równiku.

- Ruch obrotowy silnie wpływa na rozkład prądów morskich oraz w dużym stopniu oddziałuje na wiatry, ze względu na to, że masy powietrza i wody ulegają odchyleniom od trajektorii zarówno w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (półkula północna), jak i w przeciwnym kierunku (półkula południowa).

- Stworzono strefy czasowe, aby regulować upływ czasu w każdym miejscu, ponieważ różne obszary Ziemi są oświetlane przez słońce lub zaciemniane.

efekt Coriolisa

Efekt Coriolisa jest konsekwencją obrotu Ziemi. Ponieważ przyspieszenie występuje we wszystkich obrotach, Ziemia nie jest uważana za inercjalny układ odniesienia, co jest potrzebne do zastosowania praw Newtona.

W tym przypadku pojawiają się tak zwane pseudo-siły, czyli siły, których pochodzenie nie jest fizyczne, jak na przykład siła odśrodkowa, jakiej doświadczają pasażerowie samochodu, gdy pokonuje zakręt i czuje, że są one kierowane w jedną stronę.

Aby zwizualizować jego skutki, rozważmy następujący przykład: na platformie znajdują się dwie osoby A i B, obracające się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, obie w spoczynku względem niej. Osoba A rzuca piłkę do osoby B, ale kiedy piłka dotrze do miejsca, w którym znajdował się B, to już się poruszyła i została odbita na odległość s, przechodząc za B.

Rysunek 2. Przyspieszenie Coriolisa powoduje, że piłka odchyla się na boki.

Siła odśrodkowa nie jest w tym przypadku odpowiedzialna, działa już poza środkiem. Jest to siła Coriolisa, której efektem jest boczne odchylenie piłki. Zdarza się, że zarówno A, jak i B mają różne prędkości wznoszenia, ponieważ znajdują się w różnych odległościach od osi obrotu. Prędkość B jest większa i są one określone wzorem:

Obliczanie przyspieszenia Coriolisa

Przyspieszenie Coriolisa ma znaczący wpływ na ruch mas powietrza, a tym samym wpływa na klimat. Dlatego ważne jest, aby wziąć to pod uwagę przy badaniu ruchu prądów powietrznych i oceanicznych.

Ludzie mogą również tego doświadczyć, próbując chodzić po obracającej się platformie, takiej jak poruszająca się karuzela.

W przypadku przedstawionym na poprzednim rysunku załóżmy, że grawitacja nie jest brana pod uwagę, a ruch jest wizualizowany z bezwładnościowego układu odniesienia znajdującego się na zewnątrz platformy. W tym przypadku ruch wygląda następująco:

Rysunek 3. Wystrzelenie kuli widziane z bezwładnościowego układu odniesienia. Ścieżka, która następuje, jest prostoliniowa (grawitacja nie jest brana pod uwagę).

Odchylenie doświadczane przez piłkę od pierwotnej pozycji osoby B to:

Ale R _B - R _A = vt, to:

s = ω. (vt). t = ω vt ²

Jest to ruch o prędkości początkowej 0 i stałym przyspieszeniu:

a _Coriolis = 2ω .v

Bibliografia

1. Aguilar, A. 2004. Geografia ogólna. 2nd. Wydanie. Prentice Hall. 35-38.
2. Giancoli, D. 2006. Fizyka: Zasady z zastosowaniami. 214-216. Prentice Hall.
3. Lowrie, W. 2007. Fundamentals of Geophysics. 2nd. Wydanie. Cambridge University Press 48-61.
4. Oster, L. 1984. Współczesna astronomia. Cofnij redakcję. 37-52.
5. Problemy fizyczne w świecie rzeczywistym. Siła Coriolisa. Odzyskany z: real-world-physics-problems.com.
6. Dlaczego Ziemia się obraca? Pobrane z: spaceplace.nasa.gov.
7. Wikipedia. Efekt Coriolisa. Odzyskane z: es.wikipedia.org.