Шпаргалки ао "Астрономии"

Вращение  Земли вокруг оси

 

Вращение  Земли вокруг оси проявляется  во многих явлениях на ее поверхности.

Например, пассаты (постоянные ветры в тропических  областях обоих полушарий,

дующие  к экватору) вследствие вращения Земли  с запада на восток дуют с

северо-востока  в северном полушарии и с юго-востока - в южном полушарии; в

северном  полушарии подмываются правые берега рек, в южном - левые; при движении

циклона с юга на север его путь отклоняется к востоку и т.д.

Но наиболее наглядным следствием вращения Земли  является опыт с физическим

маятником, впервые поставленный физиком Фуко в 1851 г.

Опыт  Фуко основан на свойстве свободного маятника сохранять неизменным в

пространстве направление плоскости своих колебаний, если на него не действует

никакая сила, кроме силы тяжести. Пусть маятник  Фуко подвешен на северном полюсе

Земли и  колеблется в какой-то момент в плоскости  определенного меридиана l (рис.

48, a). Через  некоторое время наблюдателю,  связанному с земной поверхностью  и не

замечающему своего вращения, будет казаться, что плоскость колебаний маятника

непрерывно  смещается в направлении с  востока на запад, “за Солнцем”, т.е. по

ходу  часовой стрелки (рис. 48,6). Но так  как плоскость качания маятника не может

произвольно менять своего направления, то приходится признать, что в

действительности  поворачивается под ним Земля  в направлении с запада к востоку.

За одни звездные сутки плоскость колебаний  маятника совершит полный оборот

относительно  поверхности Земли с угловой  скоростью w = 15° в звездный час. На

южном полюсе Земли маятник совершит за 24 звездных часа также один оборот, но

против  часовой стрелки.

Если  маятник подвесить на земном экваторе и ориентировать плоскость его  качания

в плоскости  экватора, т. е. под прямым углом к  меридиану l (рис. 48), то

наблюдатель не заметит смещения плоскости его  колебаний относительно земных

предметов, т.е. она будет казаться неподвижной и оставаться перпендикулярной к

меридиану. Результат не изменится, если маятник  на экваторе будет колебаться в

какой-либо другой плоскости. Обычно говорят, что  на экваторе период вращения

плоскости колебаний маятника Фуко бесконечно велик.

Если  маятник Фуко подвесить на широте ϕ , то его колебания будут происходить в

плоскости, вертикальной для данного места  Земли.

Вследствие  вращения Земли наблюдателю будет  казаться, что плоскость колебаний

маятника  поворачивается вокруг вертикали данного  места. Угловая скорость этого

поворота w _ϕ равна проекции вектора угловой скорости вращения Земли w на

вертикаль в данном месте О (рис. 49), т.е.

w _ϕ = w sin ϕ = 15° sin ϕ .

Таким образом, угол видимого поворота плоскости колебаний  маятника относительно

поверхности Земли пропорционален синусу географической широты. В Ленинграде

плоскость колебаний маятника поворачивается в час приблизительно на 13°, в

Москве - на 12°,5.

Фуко  поставил свой опыт, подвесив маятник  под куполом Пантеона в Париже. Длина

маятника  была 67 м, вес чечевицы - 28 кГ. В 1931 г. в Ленинграде в здании

Исаакиевского собора был подвешен маятник длиной 93 м и весом 54 кГ. Амплитуда

колебаний этого маятника равна 5 м, период - около 20 секунд. Острие его

чечевицы  при каждом следующем возвращении  в одно из крайних положений смещается

в сторону  на 6 мм. Таким образом, за 1-2 минуты можно  убедиться в том, что Земля

действительно вращается вокруг своей оси.

 

Вторым  следствием вращения Земли (но менее  наглядным) является отклонение

падающих  тел к востоку. Этот опыт основан  на том, что чем дальше находится  точка

от оси  вращения Земли, тем больше ее линейная скорость, с которой она

перемещается  с запада на восток вследствие вращения Земли. Поэтому вершина

высокой башни В перемещается к востоку с большей линейной скоростью, нежели ее

основание О (рис. 50). Движение тела, свободно падающего с вершины башни, будет

происходить под действием силы притяжения Земли  с начальной скоростью вершины

башни. Следовательно, прежде чем упасть на Землю, тело будет двигаться по

эллипсу, и хотя скорость его движения постепенно увеличивается, упадет оно на

поверхность Земли не у основания башни, а  несколько обгонит его, т.е. отклонится

от основания  в сторону вращения Земли, к востоку.

В теоретической  механике для расчета величины отклонения тела к востоку х

получена  формула x=0,022 cosϕ

где h - высота падения тела в метрах, ϕ- географическая широта места опыта, а

х выражено в миллиметрах.

В настоящее  время вращение Земли непосредственно  наблюдается из космоса