Szakon, hogyan tudja, hogy a Föld forog, a folyóirat „Physics» № 2 2018
A fizikusok is magyarázza,
lehetetlen elképzelni.
Landau L.
Hogy a Föld gömb alakú, ember tudott az ókorban. Arisztarkhoszt (310-230 BC. E.), amely megállapította, hogy hányszor a nap távolabb van a Föld, mint a Hold, és holdfogyatkozás képest a méret a Föld és a Hold. Távolság Hold talált megoldásával derékszögű háromszög, ahol a felek a sugara a Föld - az első lábát, egy második szakasza - távolság a hold, amikor a hold a horizonton, és az átfogó - sugár, valamint a távolság ugyanakkor, amikor a Hold fölött. Arisztarkhoszt és arról is beszélt, az első a Föld forgása formájában filozófiai diskurzus.
By Eratosphen (276-196 BC. E.), A görbület a Föld változásait eredményezte a dél körüli magasságban a Nap és a magassága a Csillag a felső csúcspontját, amikor mozog délről észak felé, azaz a. E. délkör mentén. Sőt, még abban az időben lehetett mérni a Föld sugara a nyomában a teve! Két kereskedő egyetért a mérés a magassága a nap délben ugyanazon a napon a városokban a Siena és Memphis, de kívánatos, amikor a Nap a Siena a koronában (vagy egy bizonyos csillag a felső csúcsa). Ezek a városok szinte ugyanazon meridián (tehát jó a Nílus befolyásolta a tudomány fejlődése), és a távolság, mondjuk, 750 000 teve lépéseket (feltételezzük, hogy a teve lépés megfelel körülbelül 1 m). Magasság különbség φ = 31 ° 11 '- 24 ° 5' = 7 ° 6”, akkor következik a képlet L = R φ, ahol l - hossza az ív sugarú kör R. nyugszik a szöget φ, azt találjuk, R = l / φ. Végrehajtása a számítás (szöget φ radiánban), megkapjuk R = 750 000 / (7,1 / 57,3) = 500 000 · 57,3 / 6,8 = 6 052 000 m.
A mérés pontosságát az időben a Föld sugara Eratosthenes fordult 7000 km. (Abban az időben, a mért távolság szakaszában a Föld sugara az ókori görögök kiderült mintegy 40 000 stádium probléma merül fel: ..? Hány méter egy lépésben, és már ilyen probléma a Diákolimpia Csillagászati és Űrkutatási fizika.)
Közvetve világ körüli F. Magellan (1480-1521) bizonyult és szfericitása Föld és a Föld forgása nyugatról keletre. Galileo (1564-1642) a maga idejében írt a hét igazolások a föld forgása saját tengelye körül, de ezek mind rossz (közülük kettő nevezte bizonyítékokat, és a többi öt - megerősítés).
Isaac Newton (1642-1723) rámutatott arra, hogy a lehulló test mozogni keletre (a pontos megoldás - a délkeleti az északi féltekén). Robert Hooke (1635-1703) megpróbálta bebizonyítani kísérletileg, de kiderült, hogy túl alacsony pontosságát a kísérletet. A XIX. Németországban néhány tudósok végeztek egy sikeres kísérletet kielégítő pontossággal: F. Bentsenberg 1802 (a magassága 85 m, az eltérés 11,5 mm) és F. Reich (magasság 158 m, az eltérés 28,5 mm). A probléma általában került megjelenése előtt „lépések természetfilozófia” (1687), Newton francia Mersenne (1588-1648). A gravírozás P. Pierre Varignon a könyv „Szempontok a gravitáció oka” (1690), ábrázolja a tapasztalat Mersenne és Petit (hadmérnök, aki felhívta Mersenne). Mersenne a szerzetes ruhát felveti azt a kérdést (a felirat francia): „Vajon visszatér?” Csak a XIX. Ebben a kísérletben adott kielégítő megállapodás az elmélettel.
Feladat. Amennyiben esik shell lőttek egy pisztoly egyenesen sebességgel 8000 m / s?
Egzakt megoldás (kis sebességek, azaz a. E. Ha a magasság, ahol a gravitációs gyorsulás változik kicsit) megtalálható a Landau és Lifshitz „Elméleti Fizikai pálya” [1], de ezek a megoldások nem állnak rendelkezésre a tanulók. Még jól ismert népszerűsítője tudomány Ya Perelman (1882-1942) tett néhány hibát megoldani ezt a problémát. De sebességek közel a sebességet az első helyet (és emelési magassággal hasonló a Föld sugara), ez a probléma egy nagyon olcsó megoldás a diákok számára.
Bemutatunk egy egyszerűsített megoldás. Mivel a forgási sebesség a föld az egyenlítő ponton 465 m / s, és egy lövedék sebessége 8000 m / s, és a bezárt szög az irányt a lövedék sebessége és a függőleges nagyon kicsi (sinα ≈ 465/8000 = 0,058 és α ≈ 3 ° 20 „), azt lehet mondani, hogy a kiindulási pont (a) és a beesési pontjától (B) fekszenek egy ellipszis közel a végei a kisebb tengely. (Fél-nagytengely közepén halad át a Föld, és földközelben mintegy szinte egybeesik a Föld középpontjába.) Határozza meg a különcség az ellipszis e = cos = 0,9983 és egy kisebb tengely = 6378 · 0,058 = 370 km ,. E. lövedék mozog a kelet 2b = 740 km, és a pisztoly elmozdul, hogy a keleti a 1,925 km = 465 m / s · 69 · 60 (a D pont). Sebesség 465 m / s kell szorozni a járat 69 perc, amely a második Kepler törvény: T1 = T (1/2 + 1 / π), ahol T = 84 perc 20 másodperc - Idő teljes fordulatot sebességgel egyenlő az első tér , t. a. az ellipszis szektor súrolt terület ki sugara által vektor a lövedék során a T1 időpontban. az összeg a négyzet, a háromszög OAB. egyenlő 2 · a · b / 2, és a terület a félellipszis DIA. egyenlő tc · a · b / 2. A aránya ezen a területen, hogy a terület az ellipszis π · ab találni egy kifejezés T1. Így a beesési pontjától a lövedék tolódik West 1925 km - 740 km ≈ 1200 km-t [2].
Egy másik megoldás körülbelül ugyanazt a választ (1226 km) eredményez Mischenko [3]. shell ellensúlyozza a nyugati meg:
ahol υ - lövedék sebessége a függőleges irányban, u - lineáris sebessége pont az egyenlítő napi Föld forgása, R - a sugara a Föld az Egyenlítőnél, g - a nehézségi gyorsulás. Behelyettesítve υ = 8000 m / s, u = 465 m / s, R = 6.378.000 m, g ≈ 9,81 m / s 2 megkapjuk az elmozdulás 1.226.000 m.
Egyértelműen bizonyítja a Föld forgása Foucault-inga, és közvetve - Beer-törvény (meredek jobb partján az északi féltekén). Az eredeti módon bizonyítani a Föld forgása saját tengelye körül okai
Történetileg, az első világos és meggyőző kísérletek, hogy megerősítette a Föld forgása a tengelye körül, volt a tapasztalat, L. Foucault (1819-1868). Ez podtvorzhdaet nagyon világosan, hogy szigorúan véve, a rendszer megfigyelő kapcsolatban forgó föld, noninertial, elsősorban a jelenléte ezt a forgatást. Képzeljünk el egy inga lengő az Északi-sark a Föld. Coriolis gyorsulás lép fel, rotációs rendszerben. A Coriolis-erő, amint azt a számítási, merőleges a forgástengelyre, és sebessége a megfigyelő található a forgó rendszer és 2M [ωυ], m. E. Arányos a vektor termék a szögsebesség és a relatív sebessége a test a nem-inerciális vonatkoztatási rendszer mereven kapcsolódó a Föld. Ez eltűnik, amikor pont nyugalomban van a megfigyelőhöz képest található, a rotációs rendszerben (υ = 0), vagy amikor a mozgás a pont egy megfigyelő arra irányul, hogy a középső párhuzamos a forgástengellyel ω || v.
Ha push, közölték az inga helyzetét egyensúlyi pont fölött az északi pólus, ahol szögsebességvektorára pontosan beállítva, hogy nekünk, a Coriolis-gyorsulás (a szabály találni az irányt a vektor termék) arra irányul, hogy a megfelelő, vízszintes síkban egyszerre merőleges az inga sebessége és szögsebessége föld és néhány elutasítja az utat az inga jobbra felülről nézve (a megfigyelő szemszögéből, forog a Föld). Azon a ponton, a legnagyobb távolság az egyensúlyi helyzet az inga Coriolis-erő Fk modul nulla. A gép rezgési az inga lakhoz a inerciarendszerében az ég, de megérintette forgatására a megfigyelő, így az inga ezen a ponton leírja a hurok. Bármely sikertelen tolja az inga nem tudja megmagyarázni egy ilyen út, de kap egy teljes magyarázatot, ha figyelembe vesszük a tehetetlenségi erők miatt a Föld forgása. Ha elengedjük az inga helyzetét maximális eltérés, a pályáját a mozgás eltér kissé az is látható - úgy formájában több hurkot, de nem halad át a pole.
Sebességgel repülő kő nem hagyhatja figyelmen kívül a hatása ennek az erőnek, hogy nem található a Galileo kísérletek. Sok jelenségek magyarázata a Coriolis-erő, amely abból ered, a Föld forgása. Gunners figyelembe kell venni azt, t. Hogy. A nagy hatótávolságú lövedéket repülés még egy kis gyorsítás jelentős elmozdulást az ütközési pont. A vasút, amikor mozog a pályán az egyik irányba az északi féltekén erősebb kopás jobb sínek. Amikor vezetés folyadék és a gáz a csöveken keresztül ott is a nyomáskülönbség a cső. Sokkal jelentősebb a Coriolis-erő a tengeri áramlatok: Gulf Stream lehajlás (jobbra), és az áramlatok kapcsolódó árapály N. féltekén. Nagyon erősen befolyásolja a Coriolis-erők látható a légkörben. A szél fúj erősen az irányba nyomásesés az egyenlítő csak jelentősen eltér N. féltekén a tőle jobbra, mint a déli féltekén - bal.
Egy fontos példa a Coriolis-erő eróziója a folyó partján, a jelenlegi középsíkjának irányában. az északi féltekén a Coriolis-erő vektor arra irányul, hogy a keleti, amikor a folyó folyik, hogy az északi és nyugati, ha a folyó folyik észak-déli irányban. Mindkét esetben a vektor mutat a bal partján a jogot, azaz a. E. homályos a jobb parton, és a bal marad meredek. A déli féltekén a homályos bal folyópart. Végül, az egyenlítő, a Coriolis-gyorsulás nulla, mivel ω v párhuzamosak. Ezek a jelenségek fedezték fel 1857 tagja a szentpétervári Tudományos Akadémia KM Baer (1792-1876), és vált ismertté, mint Baer törvény.
Ez a törvény is magyarázható abból a szempontból egy megfigyelő található egy Inerciarendszer. Ha a folyó folyik észak-déli irányban az északi féltekén, és mindegyik egység víztömeg eltávolítjuk a forgástengely, ezért a víz jön az északibb hiányával lendület iránya kelet-nyugati irányban. A forgó Föld így kell gyorsítani a víz mozgása nyugatról keletre. Nyilvánvaló, hogy a tehetetlenségi erő a vizet vezetnek nyomás áramlását a nyugati t. E. A jobb partján.
Van egy egyszerű kísérletet, amely bizonyítja a Föld forgása. Meg kell lógott egy vékony zsinór edény vízben egy vékony alján lévő nyíláson úgy, hogy a víz folyt hosszú ideig, például egy üveg ásványvíz áramlásszabályozással. A hajó forogni kezd az egyik irányba, majd a másik, de az elején - mindig - az irányt a Föld forgása (óramutató járásával felülről nézve). Ez a tapasztalat szolgál közvetett bizonyítéka a Föld forgása saját tengelye körül.
Ily módon a kísérletek a Föld maga, tudjuk meg, hogy forog a tehetetlenségi koordinátarendszerben. Nehezebb a helyzet a bizonyíték keringés a Föld a nap körül. Már csak néhány dolgot: a változás a nappalok hossza az év során, a hideg tél a déli féltekén, az évszakok. Talán a segítségével kifinomult érvelés valahogy jöhet a helyes következtetést. És még egy átlátszó légkör, közvetlen kísérleti bizonyíték a Föld forgása a Nap körül volt majdnem kétszáz év után a Galileo. Brit tudós D. Bradley (1693-1762) fedezte fel a jelenséget egyéves aberráció a csillagok 1727-ben ez volt az első közvetlen bizonyíték a Föld mozgását a Nap körül, azaz a. E. A bizonyítás az igazság tanításainak Kopernikusz és Galilei. Éves parallaxis elmozdulások mértek 1838, amikor az orosz csillagász VY Struve (1793-1864) határozza meg a távolságot a Vega - a legfényesebb csillag az északi féltekén az égi szférában.
Ősi sumérok a harmadik évezredben. e. meghatározza az elején az új év napján a tavaszi napéjegyenlőség, amikor a Nap belép a Bika csillagképben. És az ókori Görögországban, Hipparkhosz (190-125 ie ...) lehet következtetni, nem csak a Föld a Nap körül és a saját forgás, hanem a precesszió (napéjegyenlőség) - Föld tengelye mutációt. Ez már ismert volt az úgynevezett év Platón (428-327 BC. E.), egyenlő körülbelül 26 000 éve. Át ezt az időszakot, a tavaszi napéjegyenlőség visszatér eredeti helyzetébe. Ha elosztjuk 26.000 12 fordulat úgynevezett korszak, amelynek időtartama körülbelül 2150 évvel - az átlagos idő a tavaszi napéjegyenlőség keresztül konstelláció. Jelenleg a tavaszi napéjegyenlőség a konstelláció Halak, minden évben mozgó 50.26”, és körülbelül 2150 mozogni már a Vízöntő csillagképben.