Які процеси є наслідком осьового обертання Землі
Всі планети рухаються у Всесвіті. Ці руху обумовлені різними фізичними впливами на космічні тіла і мають складну природу. Земля також здійснює безліч рухів, які можна проаналізувати і розкласти на різні складові.
Ці рухи можна класифікувати в масштабах:
- Всесвіту; Галактики; Сонячної системи; Спільного з Місяцем центру мас; Землі.
Галактика, в якій знаходиться Сонячна система, називається Чумацький шлях. Вчені припускають, що ця галактика обертається навколо центру Всесвіту разом з іншими галактиками. Навколо центру Чумацького шляху обертається Сонячна система з усіма об’єктами, в тому числі з Землею, і цей шлях вона робить за один галактичний рік, який становить приблизно 230 мільйонів років.
При переході на ще менший масштаб, виявиться, що наша планета робить шлях навколо Сонця. Крім того, Земля разом з Місяцем обертаються навколо їх загального центру мас, який знаходиться не в центрі земної кулі, а близько до його поверхні. Через це наша планета по орбіті рухається по злегка спіралеподібні шляху, якщо спостерігати з боку, а не з Землі. Всі ці види рухів непомітні або малопомітні для землян.
Швидкість обертання
Можна сказати, що обертання тіла володіє двома швидкостями, в залежності від того, якою системою вимірювань користуватися:
- Лінійною; Кутовою.
Якщо вимірювати швидкість обертання як відстань, яке проходить точка за певний час, то чим далі точка розташована від уявної осі обертання, тим вище у неї буде швидкість. І чим точка ближче до осі, тим нижче її швидкість. Ця швидкість називається лінійної. У точках осі – швидкість дорівнює нулю.
Але якщо швидкість обертання вимірювати в градусах, то будь-яка точка на поверхні тіла або всередині нього буде рухатися з однаковою швидкістю, незалежно від того, далеко вона розташована від осі або близько. Швидкість обертання, яка вимірюється в градусах, називається кутовий.
Можна вимірювати швидкість обертання Землі за допомогою спостереження за переміщенням двох предметів на поверхні, що знаходяться на одному меридіані, але в різних широтах. Припустимо, предмет, А буде на екваторі, а предмет Б – в північній широті. Внаслідок цього виявиться, що предмет, А щодо осі планети виконав відстань за одиницю часу більше, ніж предмет Б. Це означає, що предмет, А рухався швидше предмета Б.
Але якщо вимірювати кутову швидкість в градусах по одним і тим же предметів або мітках, то кутова швидкість у них буде однаковою, так як вони повернуться щодо осі планети на один і той же кут за певний відрізок часу. Для дослідження багатьох природних явищ, таких як, наприклад, сила Коріоліса, необхідно використовувати лінійний спосіб вимірювання швидкості обертання.
У Землі максимальної лінійної швидкістю обертання буде мати поверхню в районі екватора, і ця швидкість складає 465 м / с або 1 674 км / год. Чим ближче точка на поверхні земної кулі до будь-якого з полюсів, тим нижче буде швидкість. На полюсах лінійна швидкість обертання дорівнює нулю, так як ці точки знаходяться на уявної осі.
Зміна часу доби
Зміна часу годаСамим помітним для жителів Землі обставиною і основних географічних наслідком осьового обертання нашої планети є зміна пір доби, а для землян, що живуть на певній відстані від екватора – ще й пір року.
День і ніч змінюються тому, що паралельні промені світла від Сонця одночасно падають тільки на одну сторону планети. Протилежна сторона Землі знаходиться в тіні. Це означає, що на поверненою до світила стороні буде день, а на зворотному – ніч. Якби земна куля постійно був повернений тільки однією стороною до Сонця, то на освітленій стороні була б температура близько + 100 ° C, вся вода повинна була б випаруватися, а на темній стороні поверхню планети була б під шаром льоду. Умови на обох сторонах Землі в цьому випадку були б непридатні для життя.
Внаслідок ритмічності зміни дня і ночі, пір року, а, значить, світлових і температурних режимів, на Землі все живе підпорядковується певним біоритмам. При цьому ритмічним змінам схильні не тільки всі рослини і тварини, але і нежива природа.
Земля обертається по своїй осі проти годинникової стрілки, якщо дивитися з боку Полярної зірки, а саме – з північного боку. А якщо точка спостереження – з боку екватора, коли Північний полюс вгорі, то планета обертається зліва направо або із заходу на схід.
У зв’язку з обертанням Землі навколо осі, використовується поняття доби. Але добу бувають різними:
- Зоряними; Сонячними; Середніми сонячними.
Зоряні добу використовуються для астрономічних досліджень і спостережень. Сонячна доба – це період обертання Землі навколо своєї осі щодо Сонця. Вони можуть відрізнятися за тривалістю, тому для вимірювання часу в повсякденному житті використовуються середні сонячні добу, які тривають 24 середніх сонячних години і довше зоряної доби на 4 хвилини.
Часові пояси
З розвитком комунікацій між різними частинами світу, для зручності і безпеки були придумані часові пояси. Найбільше така уніфікація була затребувана з метою виключення плутанини і аварій на залізниці.
Точне вимірювання часу за допомогою часових поясів стали використовувати в 19-м столітті. Першим, кому ця ідея прийшла в голову, був англійський доктор Вільям Хайд Волластон. Земну поверхню умовно розбили на 24 сектора, перпендикулярних екватору, кожен з яких становить 15 градусів, а всі разом вони визначають добовий цикл. Кожному поясу присвоєно свого часу (з різницею від сусіднього в одну годину). При цьому, чим західніше розташований пояс, тим більше відстає час.
При розбіжності кордонів часового поясу з державними або адміністративними обрисами, їх для зручності підлаштовують під місцевість. Тому межі часових поясів не завжди прямі. Їх відлік починається з нульового, розташованого на Грінвічському меридіані. Цей пояс вказує всесвітній час.
Зміна пір року
Вісь Землі щодо площини орбіти, по якій планета рухається навколо Сонця, знаходиться не перпендикулярно, а під кутом. Через це на поверхню планети в різних її ділянках потрапляє нерівномірна кількість тепла від Сонця.
Коли Земля знаходиться на орбіті по одну сторону від Сонця, вона нахилена віссю так, що звернена до світила Північним полюсом, але, перемістившись по орбіті на протилежну сторону від Сонця, планета буде нахилена Південним полюсом. Це означає, що, в першому випадку, літо буде в Північній півкулі, а в Південному – зима. У другому випадку, в Північній півкулі буде зима, а в Південному – літо. У проміжних положеннях Землі на орбіті на її півкулях будуть осінь і весна.
Якби вісь Землі була перпендикулярна площині її орбіти, то пір року не було б, так як Північна і Південна півкулі завжди отримували б днем однакову порцію світла і тепла.
Відхилення падаючих тіл
Всі об’єкти, що знаходяться на поверхні Землі, рухаються разом з нею на однаковій лінійної швидкості, викликаної обертанням планети навколо своєї осі. Чим далі від осі буде предмет, що рухається разом з планетою, тим вищою буде його швидкість. Чим вище над поверхнею об’єкт, тим з більшою лінійної швидкістю він рухається разом з Землею навколо її осі.
Предмети, кинуті з великої висоти, спочатку рухаються разом із Землею і падають на землю, злегка змістившись на схід. Це відбувається через інерції, яку зберігає кинутий з висоти предмет. Він зберігає швидкість, яка у нього була на висоті. Ця швидкість завжди вище, ніж на поверхні Землі. Під час падіння ця швидкість, спрямована на схід, перпендикулярна швидкості падіння.
В результаті предмет падає не вертикально, а трохи далі на схід. На полюсах цього ефекту не буде, через відсутність лінійної швидкості руху. Літак або інший літальний апарат не годяться для проведення такого досвіду, так як вони не жорстко пов’язані з поверхнею землі і рухаються з нею не синхронно. Для цього краще підійдуть вишка або найвищий будинок.
Маятник Фуко
Цей експеримент – найпростіший і наочний тест на осьове обертання Землі.
Згідно із законом фізики, площину траєкторії хитається маятника знаходиться завжди в одному положенні по відношенню до Світового простору. Але, якщо простежити за маятником протягом доби, стане очевидно, що напрямки його хитань постійно змінюються. Це відбувається через обертання планети навколо власної осі.
Цей маятник вперше використав у своєму експерименті французький учений Жан Фуко, в честь якого і був названий інструмент.
Стиснення Землі з полюсів
Під час обертання виникає відцентрова сила, що не представляє виключення у випадку з планетами. Таким чином, під дією відцентрової сили, що діє перпендикулярно осі особливо сильно в районі екватора, наша планета протягом довгого часу придбала форму еліпсоїда (кулі, сплюснутого з полюсів).
Вплив гравітації Місяця
Природний супутник Землі впливає не тільки на земну поверхню, але і на шари, що пролягають під нею. Це відбувається під дією сили тяжіння або гравітації. Найбільше гравітація Місяця видно на поверхні Світового океану. Земна вода притягається супутником і утворює хвилю, яка слідує за Місяцем. Супутник рухається навколо Землі в протилежному напрямку обертання нашої планети по осі. І, так як обертання земної кулі навколо осі швидше руху супутника навколо Землі, приливна хвиля рухається не зі сходу на захід, як рухається Місяць, а з заходу на схід.
Ця протилежність рухів сприяє поступового уповільнення обертання обох небесних тіл.
Сила Коріоліса
Тіло, яке виконує прямолінійний рух під обертається середовищі, відхиляється в сторону, щодо цього середовища. Така крутився серед називається неінерціальної системою координат. Подібної системою є Земля. Якщо середовище обертається за годинниковою стрілкою, то тіло, що рухається в даній системі, буде відхилятися вліво, щодо середовища. При обертанні неінерціальної системи проти годинникової стрілки, тіло відхиляється вправо.
На прикладі це буде виглядати так: якщо з гармати, яка знаходиться на Північному полюсі, вистрілити ядром в напрямку екватора, то для спостерігача, що знаходиться на Землі, ядро почне поступово відхилятися вправо. Це відбувається тому, що планета рухається, обертаючись навколо осі, і, поки ядро летить, вона встигає повернутися. Якщо спостерігач знаходиться не на Землі, тобто не рухається разом з нею, то рух ядра буде прямолінійним.
У Південній півкулі подібне відхилення рухомих тел відбуватиметься вліво, так як, якщо дивитися з боку Південного полюса, планета обертається навколо осі за годинниковою стрілкою.
Цей ефект називається силою Коріоліса. Він названий на честь французького вченого, який відкрив феномен. Примітно те, що цей принцип діє при будь-якому напрямку тіла по земній поверхні. Якщо стрельнути ядром з гармати, що стоїть на екваторі, в бік Північного полюса, то снаряд для спостерігача, що знаходиться на Землі, буде відхилятися вправо, точно так же, як при зворотному напрямку, тобто при стрільбі з Північного полюса на екватор.
При стрільбі з екватора на Південний полюс, снаряд відхилиться вліво, як при стрільбі з Південного полюса на екватор. Цей ефект спостерігається, завдяки інерції ядра, спрямованої в бік обертання планети. На початку руху снаряд знаходився на екваторі (в земній точці з найвищою швидкістю, що виникає внаслідок осьового обертання). У міру руху ядра до полюса, воно пролітає над точками земної поверхні, які рухаються повільніше екватора, а, значить, і бічного руху ядра, що зберігається через інерцію. Таким чином, ядро поступово “обганяє” земну поверхню в бічному напрямку і відхиляється в сторону.
Сила Коріоліса завжди діє перпендикулярно руху предмета. Ця сила діє не тільки на тіла, що рухаються у напрямку меридіанів, а й в будь-яких інших напрямках, незалежно від того, в який бік відбувається рух.
Силу Коріоліса не зовсім коректно називати силою, так як вона, насправді, сама по собі нікуди нікого не тягне. Цей ефект строго відносний і існує тільки в неінерціальної системи.
Як обертається землян ось наслідки цього ефекту цілком відчутні. Наприклад, внаслідок сили Коріоліса, на планеті утворюються циклони. Повітря з зон високого тиску прагне в області з низьким тиском і сила Коріоліса відхиляє повітряні маси щодо рухомої поверхні вправо або вліво, залежно від півкулі. Тому циклони закручуються проти годинникової стрілки в Північній півкулі, а в Південному – за годинниковою.
Сила Коріоліса діє на річки та їх русла. У Північній півкулі зазвичай праві береги річок крутіші і підмито водою, яка утягивается обертається планетою вправо, в Південному – навпаки, ліві.
На залізничні рейки також впливає дана сила. Праві рейки одноколійних доріг в Північній півкулі будуть зношуватися більше, так як поїзд тягне вправо. У Південній півкулі більше зношуються ліві рейки.
Такі загальні слідства обертання нашої планети навколо осі, які, в свою чергу, впливають на безліч причин і подій як на Землі, так і навколо неї. Аналогічна тема розкривається в підручнику з географії “Осьове обертання землі” 5 клас.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)