Fizicienii pot explica chiar și faptul că,
că este imposibil să ne imaginăm.
L. Landau
Că Pământul are forma unei sfere pe care oamenii o știau în vremurile străvechi. Aristarh (310-230 î. E.), a constatat, de câte ori soarele este mai departe de Pământ decât Luna, și eclipsele lunare comparat mărimea Pământului și Lunii. Distanța până la Moon găsit prin rezolvarea unui triunghi dreptunghic, în cazul în care părțile au raza Pământului - un prim picior, un al doilea picior - distanta de la luna la momentul când Luna la orizont, iar ipotenuza - raza plus distanța în același timp, atunci când deasupra capului luna. Aristarh și, de asemenea, a vorbit despre prima rotație a Pământului, sub forma discursului filosofic.
Prin Eratosphen (276-196 î. E.), sfericitatea modificărilor Pământului rezultate din înălțimea meridiană soarelui și înălțimea stelelor în punctul culminant superior atunci când se deplasează dinspre sud spre nord, adică. E. De-a lungul meridianului. În plus, în acel moment a fost posibil să se măsoare raza Pământului în treptele cămilă! Două comerciant sunt de acord cu privire la măsurarea înălțimii soarelui la prânz în aceeași zi în orașele Siena și Memphis, dar este de dorit, atunci când Soarele din Siena este la zenit (sau o anumită stea în punctul culminant superior). Aceste orase sunt aproape pe același meridian (atât de bun pentru Nil a influențat dezvoltarea științei), iar distanța dintre, să zicem, 750 000 de pași cămilă (presupunem că etapa de cămilă este egal cu aproximativ 1 m). Diferență de φ = 31 ° 11 '- 24 ° 5' = 7 ° 6“, atunci rezultă din formula l = R φ, unde l - lungimea cercului arc de rază R. așezată pe cp unghiului, descoperim R = l / φ. Efectuarea calculului (unghiul φ exprimat în radiani), obținem R = 750 000 / (7,1 / 57,3) = 500 000 · 57.3 / 6.8 = 6 052 000 m.
Cu precizia măsurătorilor din acea vreme, raza Pământului din Eratosthenes a fost de 7000 km. (La momentul respectiv, distanța măsurată etapele razei Pământului de la grecii antici au dovedit aproximativ 40 000 Stadiul de problemă apare:? .. Câți metri într-un singur pas și a fost o astfel de problemă la olimpiadă în Astronomie și spațiu Fizica.)
Indirect în jurul călătoriei mondiale, F. Magellan (1480-1521) a dovedit sfericitatea Pământului și rotația Pământului de la vest la est. Galileo (1564-1642) în timpul său a scris despre cele șapte dovezi ale rotirii Pământului în jurul axei sale, dar toate au fost greșite (două dintre ele el a numit probe, iar celelalte cinci - confirmarea).
De Isaac Newton (1642-1723) a subliniat faptul că organismul care se încadrează trebuie să se deplaseze la est (pentru soluția exactă - la sud-est, în emisfera nordică). R. Guk (1635-1703) a încercat să demonstreze acest lucru experimental, dar acuratețea experimentului a fost prea scăzută. În secolul al XIX-lea. în Germania, câțiva oameni de știință au efectuat un experiment de succes, cu o precizie satisfăcătoare: F. Bentsenberg în 1802 (înălțimea de 85 m, o abatere de 11,5 mm) și F. Reich (158 m altitudine, abaterea de 28,5 mm). Sarcina în formă generală a fost pusă înainte de eliberarea "Principiilor Filosofiei Naturale" (1687) de francezul Newtonian Mersenne (1588-1648). Gravarea P. Pierre Varignon din cartea „Considerații despre cauza gravitației“ (1690), descrie experiența Mersenne și Petit (inginer militar, care a atras Mersenne). Mersenne în hainele călugărului pune o întrebare (inscripția în limba franceză): "Se va întoarce?" Numai în secolul al XIX-lea. Un astfel de experiment a dat un acord satisfăcător cu teoria.
Sarcina. Unde va ieși proiectilul din pistol vertical în sus cu o viteză de 8000 m / s?
Soluție exactă (pentru viteze mici, adică. E. Pentru altitudini, unde accelerația gravitațională variază în mică) pot fi găsite în Landau și Lifshitz „Fizică Curs teoretic“ [1], dar aceste soluții nu sunt elevi disponibile. Chiar și faimosul popularizator al științei, J. Perelman (1882-1942), a făcut mai multe greșeli în rezolvarea acestei probleme. Dar pentru viteze apropiate de prima viteză cosmică (și pentru ridicarea înălțimilor comparabile cu raza Pământului), această sarcină este destul de accesibilă pentru decizia elevilor.
Să dăm o soluție simplificată. Deoarece viteza de rotație a Pământului, la punctul ecuator 465 m / s, iar viteza proiectilului de 8000 m / s, iar unghiul dintre direcția vitezei proiectilului și verticală este foarte mică (sinα ≈ 465/8000 = 0,058 și α ≈ 3 ° 20 „), se poate argumenta , punctul de pornire (A) și punctul de cădere (B) se află pe elipsă lângă capetele axei sale minore. (Axa semi-majoră trece prin centrul Pământului, perigeu despre aproape coincide cu centrul Pământului.) Găsiți excentricitatea elipsei e = cos = 0.9983 și axa mică = 6378 · 0,058 = 370 km ,. E. Proiectilul se va muta la est la 2b = 740 km, iar arma este deplasată la est la 1,925 km = 465 m / s · 69 · 60 (punctul D). Viteza 465 m / s trebuie înmulțite cu zbor 69 min, care este legea a doua a lui Kepler: T1 = T (1/2 + 1 / π), unde T = 84 min 20 sec - Timp rotație completă la o viteză egală cu primul spațiu , t. a. Suprafața sectorului elipsă măturat de vectorul raza proiectilului în timpul timpului T1. este compus din zona triunghiului OAB. egală cu 2 · a · b / 2 și suprafața de jumătate de elipsă a ASB. egală cu π · a · b / 2. Din raportul dintre această zonă și zona de elipsă π · ab, găsim expresia pentru T1. Astfel, punctul de incidență al proiectilului va fi mutat la vest la 1925 km - 740 km ≈ 1200 km [2].
O altă soluție cu aproximativ același răspuns (1.226 km) este dată de E. Mishchenko [3]. Deplasarea proiectilului la vest de el:
unde u este viteza proiectilului în direcția verticală, u este viteza liniară a punctelor ecuatorului cu rotația zilnică a Pământului, R este raza Pământului la ecuator și g este accelerația datorată gravitației. Înlocuind u = 8000 m / s, u = 465 m / s, R = 6 378 000 m, g ≈ 9,81 m / s 2. ajungem la o deplasare de 1 226 000 m.
Pendulul Foucault dovedește rotația Pământului, iar legea lui Baer (bătăile drepte ale râurilor din emisfera nordică) o dovedește foarte viu. Modul original de a dovedi rotația Pământului în jurul axei sale conduce
Punct de vedere istoric, primele experimente clare și convingătoare, care au confirmat rotația Pământului în jurul axei sale, a fost experiența lui L. Foucault (1819-1868). Se podtvorzhdaet foarte clar că, strict vorbind, observatorul sistem conectat cu un pământ rotativ, noninertial, în principal datorită prezenței acestei rotații. Imaginați-vă un pendul care se mișcă la Polul Nord al Pământului. În sistemul rotativ, se observă accelerația Coriolis. Forța Coriolis, așa cum se arată prin calcul, este perpendicular pe axa de rotație și a vitezei observatorului localizat în sistemul de rotație și este -2m [ωυ], m. E. proporțională cu produsul vectorial al vitezei unghiulare și viteza relativă a corpului în sistemul de referință non-inerțial asociat rigid cu Pământul. Ea dispare atunci când punctul este în repaus în raport cu observatorul localizat în sistemul rotativ (υ = 0) sau atunci când deplasarea punctului de observator este direcționat către paralela de mijloc cu axa de rotație ω || v.
Când împinge, comunică pendulului în poziția de echilibru la un punct situat chiar deasupra polul nord, unde vectorul viteză unghiulară îndreptat exact spre noi, accelerația Coriolis (de regula de a găsi direcția produsului vector) este direcționat spre dreapta într-un plan orizontal, simultan perpendicular vitezei pendulul și viteza unghiulară terenuri și unii vor respinge calea pendulului spre dreapta atunci când este văzut de mai sus (din punctul de vedere al observatorului, prin rotație cu Pământul). La punctul de cea mai mare distanță de poziția de echilibru a modulului cu pendul Coriolis forță Fk este zero. Avionul de oscilație al pendulului este menținut în raport cu cadrul inerțial al cerului, dar este exploatat pentru rotirea pe observator, astfel încât pendulul în acest punct descrie o buclă. Orice apăsare nereușită a pendulului nu poate explica o astfel de cale, dar ea devine o explicație completă, dacă luăm în considerare forțele de inerție datorită rotației Pământului. Dacă vom da drumul pendulului în poziția de deviere maximă, traiectoria mișcării va fi ușor diferite de cele prezentate - aceasta ia forma mai multor bucle, dar nu trece prin pol.
La vitezele unei pietre zburatoare, se poate ignora influența acestei forțe și nu a putut fi detectată în experimentele lui Galileo. Există multe fenomene care se explică prin acțiunea forței Coriolis, care rezultă din rotația Pământului. Artilerii ar trebui să ia în considerare acest lucru, deoarece la intervalele mari ale zborului unui proiectil, chiar și o mică accelerare dă o deplasare semnificativă a punctului de lovire. Pe căile ferate, atunci când călătoriți pe o pistă într-o singură direcție în emisfera nordică, șina dreaptă se desprinde mai prost. Atunci când fluidul și gazul curg prin țevi, există, de asemenea, o diferență de presiune pe laturile țevii. Mult mai semnificative sunt forța Coriolis asupra curenților de mare: Gulf Stream deformarea (dreapta), și curenții asociate cu fluxul și refluxul în N. emisfera. Influența forței Coriolis este foarte puternică în atmosferă. Vântul suflă puternic în direcția de cădere de presiune la ecuator deviază în mod semnificativ doar N. Emisfera dreapta a acestuia, la fel ca în emisfera sudică - stânga.
Un exemplu important al acțiunii forței Coriolis este neclaritatea unei maluri fluviale care curge în direcția meridională. În emisfera nordică, vectorul forței Coriolis este îndreptat spre est dacă râul curge spre nord și spre vest dacă râul curge de la nord la sud. În ambele cazuri, acest vector este direcționat de pe malul stâng al râului spre dreapta, adică, malul drept este erodat, iar cel din stânga rămâne abrupt. În emisfera sudică, malurile stângi ale râurilor se erodează. În cele din urmă, la ecuator, accelerația Coriolis este zero, deoarece ω și v sunt paralele. Aceste fenomene au fost descoperite în 1857 de către un membru al Academiei de Științe KM din Sankt Petersburg. Baer (1792-1876) și a primit numele legii lui Baer.
Această lege poate fi explicată și din punctul de vedere al observatorului situat în cadrul de referință inerțial. În cazul în care râul curge de la nord la sud, în emisfera nordică, fiecare unitate de masă de apă este îndepărtată din axa de rotație, și, prin urmare, apa vine în latitudinile nordice, cu lipsa de impuls într-o direcție de la est la vest. Pământul rotativ trebuie să accelereze în același timp apa în mișcarea ei de la vest la est. Evident, datorită inerției apei, aceasta va conduce la o presiune a fluxului spre vest, adică la malul drept.
Există o experiență simplă, care demonstrează clar rotația zilnică a Pământului. Ar trebui să fie atârnat pe un vas cordon subțire de apă, cu o deschidere subțire în partea de jos, astfel încât apa curgea pentru o lungă perioadă de timp, de exemplu, o sticlă de apă minerală, cu control al debitului. Nava va începe să se rotească într-o direcție și apoi cealaltă, dar la început - întotdeauna - în direcția de rotație a Pământului (în sens antiorar când este privit de sus). Această experiență servește ca o dovadă indirectă a rotației Pământului în jurul axei sale.
Astfel, prin experimente pe Pământ însuși, putem stabili rotația sa față de sistemul de coordonate inerțiale. Este mai greu să dovedești revoluția Pământului în jurul Soarelui. Avem doar câteva lucruri: schimbarea în lungime zi pe tot parcursul anului, o iarnă rece în emisfera sudică, schimbarea anotimpurilor. Poate, cu ajutorul unor raționamente sofisticate, într-un fel se poate ajunge la concluzia corectă. Și chiar și cu o atmosferă transparentă, o dovadă experimentală directă a rotației Pământului în jurul Soarelui a fost obținută aproape două sute de ani după Galileo. om de știință britanic D. Bradley (1693-1762) a descoperit fenomenul de un an de aberație de stele în 1727 Acesta a fost prima dovadă directă a mișcării Pământului în jurul Soarelui, adică. E. Dovada adevărului învățăturilor lui Copernic și Galileo. Deplasarea paralaxică anuală a fost măsurată în 1838, când astronomul rus V.Ya. Struve (1793-1864) a determinat distanța până la Vega - cea mai strălucitoare stea din emisfera nordică a sferei cerești.
Sumerieni antice în mileniul III î.Hr. e. a determinat începutul unui nou an în ziua echinocțiului de iarnă la momentul intrării Soarelui în constelația Taurului. Și în Grecia antică, Hipparchus (190-125 ien ...) Poate fi încheiat nu numai pe Pământ în jurul Soarelui și propria sa rotație, dar și despre precesie (echinoctiul) - mutația axei Pământului. Chiar și atunci a fost cunoscut așa-numitul an al lui Platon (428-327 î.Hr.), egal cu aproximativ 26.000 de ani. După această perioadă, punctul de echinocțiu al primăverii revine la poziția sa anterioară. Dacă vom împărți 26.000 cu 12 rândul său, așa-numita epocă a cărei durată este de aproximativ 2150 ani - durata medie a vernal printr-o constelație. În prezent, echinocțiul de primăvară este în constelația Peștilor, în fiecare an, se deplasează la 50.26“, și aproximativ 2150 pentru a muta deja în constelația Vărsător.