Суточное вращение Земли фото

Суточное вращение Земли и его следствия. Урок 9

Почему Солнце встаёт на востоке, а садится на западе? В древности египтяне думали, что бог Солнца Ра пересекает небосвод на своей колеснице с востока на запад и причина такого передвижения светила именно в этом. Но теперь мы знаем, что на самом деле этот эффект даёт осевое, или суточное вращение Земли с запада на восток.
Идею вращения Земли вокруг своей оси впервые предложили либо учёные пифагорейской школы примерно в V в. до н. э., либо философ Гераклид Понтийский (IV век до н. э.). Вопрос о вращении Земли долгое время был спорным, да и сейчас многие моменты в этой области не имеют точных ответов:
• действительно ли внутреннее твёрдое ядро планеты вращается намного быстрее мантии и всей Земли в целом;
• правда ли, что раньше Земля двигалась намного быстрее: так, что её сутки были равны всего 15 часам;
• с одинаковой ли скоростью на протяжении совместного существования двух планет Луна удаляется от Земли и замедляет её движение и т. д.

Система мира Гераклида Понтийского рисунок
Движение Солнца и внутренних планет по Гераклиду Понтийскому: традиционная интерпретация (вверху) и интерпретация ван дер Вардена (внизу).
Автор: Dmitri Klimushkin

Доводы в пользу неподвижности нашей планеты приводил Аристотель; его слова были настолько значимыми, что им верили долгие столетия.  В статичности планеты был уверен и Птолемей, обобщивший и упорядочивший представления о том, что Земля – центр Вселенной.




Громче заговорили о том, что суточное вращение Земли существует со времени Николая Коперника, предложившего гелиоцентрическую систему мира, в которой Земля не была неподвижной, как в геоцентрической системе Птолемея. Согласно системе Коперника:

  • Земля шарообразна;
  • она движется вокруг неподвижного Солнца, проходя свой путь приблизительно за земной год;
  • наша планета в течение суток обращается вокруг воображаемой оси. Точки, где окончания этой оси пересекают поверхность Земли, называются полюсами – Северным и Южным;
  • Земля сохраняет свой наклон постоянным, северный конец оси всегда направлен к Полярной звезде, а южный – к созвездию Октанта;
  • Земля имеет слишком маленький по отношению к расстоянию до Солнца размер. А расстояние радиуса орбиты мало по сравнению с расстоянием до других звёзд.
Небесные сферы в рукописи Коперника фото
Небесные сферы в рукописи Коперника

Однако неоспоримой истиной суточное вращение Земли стало только в XIX в., после проведения опыта с качающимся маятником Жаном Фуко (1851 г).

Какие типы вращения Земли существуют?

Земля отнюдь не неподвижна. Она медленно трансформирует свою форму, извергается вулканами и гейзерами,  меняет местами пазлы материков. В Космических масштабах она совершает 4 типа движения и достигает при этом немыслимой (с точки зрения человека) скорости:

  • как часть Солнечной системы Земля вращается вокруг центра своей галактики Млечный путь. Вместе с Солнцем и другими 7 планетами она совершает один такой оборот за 280 млн. лет. Этот промежуток времени называют галактическим годом. Возможно, именно положение планеты по отношению к центру Галактики влияет на земные оледенения, но зависимость происходящих на Земле процессов от этого типа движения только изучаются;
  • с космической скоростью в 30 км/с наша планета мчится вокруг Солнца по эллиптической орбите. Если вдруг Солнце «отпустит» Землю и не будет её притягивать, она по инерции улетит от него в Космос с той же скоростью. Путь по орбите она совершает за 364,24 суток, этот период времени называется звёздным годом.
  • двойная планета – Земля-Луна вращается вокруг общего центра масс. Один круг они проходят за 27 суток и 8 часов.
  • Земля вращается вокруг воображаемой собственной оси, совершая полный оборот за 23 часа 56 мин. и 4,1 сек. – это звёздные сутки, это и есть суточное вращение Земли.
Суточное вращение Земли - схема фото
Схема орбитального вращения Земли
Автор: Nemets79

Суточное вращение Земли

Если смотреть на нашу планету с Северного полюса или с Полярной звезды, то она оборачивается против часовой стрелки с запада на восток. Мы помним, что Земля – почти шар, а это 360° (длина окружности) и что она совершает суточный оборот примерно за 24 часа. Если мы разделим 360 на 24, то получим 15° – это и есть угловая скорость Земли за 1 час и соответственно расстояние между соседними меридианами.

Но скорость, с который движется точка земной поверхности в единицу времени, не везде одинакова, она зависит от широты местности. На экваторе объекты Земли вращаются со скоростью 455 м/с, на широте в 65° скорость снижается до 195 м/с, а полюса и вовсе неподвижны. Получается, что скорость на одной параллели одинакова, а на одном меридиане нет, она уменьшается от экватора к полюсам. Выходит, что экватор движется быстрее всей остальной поверхности Земли, а полюса стоят на месте.

Суточное вращение Земли фото
Суточное вращение Земли

Физические доказательства суточного вращения Земли

Главное неоспоримое математическое доказательство того, что суточное вращение Земли есть – это маятник Фуко. По закону физики тело сохраняет постоянной плоскость качания относительно Мирового пространства. Когда под маятник был помещён круг с делениями, обнаружилось, что положение пластин по отношению к Земле меняется, а маятник сохраняет плоскость качания, значит, вращается Земля.

Если тот же опыт провести на полюсе, то положение маятника по отношению к пластинам останется неизменным, однако наблюдающему за ним человеку будет казаться, что маятник смещает своё вращение. Почему? Потому что наблюдатель стоит не на полюсе, а рядом с ним, и движется вместе с остальной частью планеты.

Маятник Фуко фото
Маятник Фуко в Парижском музее
Автор: Cdang

На экваторе смещение маятника незаметно. Чем выше широты, тем оно выраженнее, так как скорость вращения Земли к полюсам замедляется. На экваторе угловая скорость равна 15°/ч, в Санкт-Петербурге 13°/ч, в Москве 12,5°/ч, на точке географического полюса 0°/ч. В настоящее время математический маятник Фуко заменён физическим.

Второе доказательство того, что осевое вращение Земли существует – это отклонение к востоку всех падающих на Землю объектов. Причём чем дальше расположена от оси Земли точка, тем больше линейная скорость, с которой она перемещается с запада на восток. Поэтому тело, сброшенное с высокой башни, отклоняется на восток сильнее, чем с более низкого строения, ведь оно сохраняет свою первоначальную линейную скорость.

Отклонение к востоку падающих на Землю объектов фото

Доказательством вращения Земли и его следствием является и форма самой планеты с присущим ей сжатием у полюсов. Оно возникает из-за взаимодействия сразу двух сил: центробежной и земного притяжения, равнодействующая которых направлена к экватору, поэтому в области экватора Земля выпукла, а у полюсов сжата.

Благодаря наличию двух неподвижных точек на Земле – полюсов, есть возможность строить градусную сеть на карте и глобусе.

Вращение Земли вокруг своей оси фото

Следствия осевого вращения Земли

Вследствие суточного вращения Земли появляются важные географические явления:

  • сила Кориолиса;
  • чёткие временные промежутки;
  • суточный ритм в природе Земли.

Суточное вращение Земли и сила Кориолиса

Все горизонтально перемещающиеся тела в географической оболочке Земли отклоняются относительно направления их движения. Но это отклонение относительно, потому что мы наблюдаем за ним с движущейся планеты. Ведь по закону инерции любое движущееся тело стремится сохранить скорость и направление движения относительно Мирового пространства.

Сила Кориолиса фото

Отклоняющее действие вращения Земли называют силой Кориолиса. Она впервые была рассчитана в XIX веке французским учёным в области механики Г. Кориолисом, поэтому и получила такое название.

Сила Кориолиса перпендикулярна движению Земли, она отклоняет все движущиеся объекты в Южном полушарии влево, а в Северном полушарии вправо. Величина её зависит от широты, от массы самого объекта и от его скорости. На экваторе сила Кориолиса всегда равна нулю, и вес предметов уменьшается, а с приближением к полюсам сила Кориолиса и масса предметов возрастают.

Влияние силы Кориолиса на географическую оболочку фото

Интересно

Если килограммовую гирю перенести с полюса на экватор и здесь вновь взвесить на пружинных весах, то обнаружится нехватка веса в 5 г. Разница, конечно, невелика, но чем тяжелее вещь, тем эта нехватка крупнее. Паровоз, приехавший из Архангельска в Одессу, становится легче на 60 кг. А линейный корабль в 20 тысяч тонн, прибывший из Белого моря в Чёрное, теряет здесь в весе 80 тонн.

Сила Кориолиса влияет на:

  • образование атмосферных вихрей;
  • отклонение морских течений;
  • степень разрушения водой берегов рек, в Северном полушарии сильнее размываются правые берега, а в Южном – левые (закон Бэра);
  • отклонение ветров умеренных широт обоих полушарий к западу, а тропических – к востоку (пассаты).
Циклон над юго-восточным побережьем Исландии фото
Циклон над юго-восточным побережьем Исландии
Автор: Спутник НАСА Aqua/MODIS

Течения не повторяют точное направление господствующих ветров. Под действием силы Кориолиса они смещаются от направления преобладающих ветров под углом 30-35° вправо или влево, в зависимости от полушария. На это явление впервые обратил внимание известный норвежский исследователь Ф. Нансен во время дрейфа во льдах Арктики.

Доказать отклоняющую силу вращающейся Земли можно и на простом опыте с воронкой в ведре, раковине или ванной. Вливаемая плотной струёй вода будет закручиваться в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном – по часовой.

Суточное вращение Земли причина циркуляции атмосферы вокруг Земли фото
Направление господствующих ветров, отклоняющая сила Кориолиса
Автор: Kaidor

Суточное вращение Земли удобно для отсчёта времени

Время вращения Земли вокруг своей оси периодично и очень удобно для естественного отсчёта времени. Учёные выделяют звёздные и истинные солнечные сутки. Для удобства в практических целях используют среднюю продолжительность солнечных суток – 24 часа.

Сутки одновременно наступают на всём меридиане, на каждом меридиане среднее солнечное время отличается от соседнего на 1 час, время на меридиане называют местным. До XIX века все люди жили, не задумываясь о разнице во времени. Но потом появились поезда и железные дороги. Человек смог быстро перемещаться по Земле из одной точки в другую. Составить расписание поездов при разном отсчёте времени не получалось. Поэтому пришлось договориться об общей системе отсчёта времени.

Сутки на Земле фото

Поясной отсчёт времени был принят в 1884 году. Всю поверхность планеты поделили на 24 пояса по 15° в каждом. Границы поясов провели по-разному – в океанах по меридианам, а на суше – с учётом территорий государств и их частей. Если бы пояса ограничили точно по меридианам и на суше, то Якутия оказалась бы сразу в нескольких часовых областях, что очень неудобно для многих отраслей деятельности жителей республики.

Всемирным временем стали считать время Гринвичского меридиана, там сутки начинаются, там I часовой пояс. Поясное время каждого следующего к востоку пояса на 1 час больше, каждого следующего к западу – на 1 час меньше.

Суточное вращение Земли и поясное время в мире фото
Часовые пояса мира

 

Но где же они заканчиваются? Для разделения суток подошёл меридиан 180°, ведь он является продолжением окружности Гринвичского меридиана и расположен прямо напротив него. Линия перемены дат не всегда проходит точно по этому меридиану, например, она отклоняется к востоку в районе Чукотки, чтобы «захватить» Берингов пролив.

Когда пересекают линию перемены дат с востока на запад, то сутки отнимают (так потеряли сутки спутники Ф. Магеллана), а при возвращении обратно сутки прибавляют, но часовые стрелки при этом не переводят, время с обеих сторон от линии остаётся одинаковым.

Линия перемены даты фото
Черная линия — линия перемены даты, красные — границы часовых поясов
Автор: Jailbird

В России долгое время отсчёт времени был свой, только 1 июня 1919 года поясное время было введено в СССР. Территория России расположена в 11 часовых поясах – с II по XII, но 11 и 12 пояса объединены, поэтому на практике их 10. На Чукотке и Камчатке время отличается от московского на 9 часов.

Когда дети Чукотки ложатся спать, их московские одногодки ещё сидят на занятиях в школе. Новый год на Чукотке наступает раньше.

Суточное вращение Земли и продолжительность дня на разных широтах 22 июня фото
Продолжительность дня на разных широт ых 22 июня

В 1930 году в СССР был произведён перевод часов на час вперёд согласно постановлению – декрету, для более экономного использования электричества. Это время стали называть декретным, оно так и не было отменено. Поясное время в СССР стало больше всемирного на 1 час. Декретное время II часового пояса назвали московским.

Во многих странах ради экономии электроэнергии к лету переводят стрелки часов на час вперёд – на летнее время, а к зиме стрелки возвращают назад. Долгое время так было и в России, до 2011 года. В этом году был отменён переход на зимнее время в России. Теперь поясное время в стране стало больше мирового на 2 часа.

Летнее время на часовых поясах мира фото
Карта мира, показывающая использование перехода на летнее время (DST) сейчас и в прошлом.
Синий — DST используется.
Оранжевый — DST больше не используется.
Красный — DST никогда не использовалось.

Осенью 2014 года по просьбе граждан в РФ вернули стрелки на зимнее время – на час назад, и сегодня большая часть регионов живёт по такой хронометрии. Но не все, некоторые из них снова перевели часы на час вперёд. Летнее время постоянно в:

  • Саратовской;
  • Новосибирской;
  • Томской;
  • Магаданской;
  • Ульяновской;
  • Астраханской;
  • Волгоградской;
  • Сахалинской областях;
  • Забайкальском крае;
  • Алтайском крае;
  • Республике Алтай.
Часовые пояса Российской Федерации фото
Часовые пояса России

Практика по работе с картой часовых поясов России

Пример

Для того, чтобы рассчитать разницу во времени между точками, расположенными в разных часовых поясах, нужно найти разность между номерами часовых поясов, в которых они находятся. Чтобы узнать, сколько времени в Магадане, когда в Москве 9 часов, нужно:

  1. Определить в каких часовых поясах расположены эти города. Москва – во 2, Магадан – в 10.
  2. Найти разницу между этими данными: 10-2=8.
  3. Поскольку Магадан расположен восточнее Москвы, то данные нужно прибавлять. 9+8=17. В Магадане 17 часов.

Задание 1.

На основе содержания карты часовых зон России определите, который час в Иркутске, если в Москве 12 часов.

Решение:

По карте находим часовой пояс Иркутска, он расположен в VI часовой зоне и видим там надпись +5. Значит по отношению к московскому времени в Иркутске больше на 5 часов. 12+5=17.

Задание 2.

Как необходимо перевести стрелки часов, если вы перелетаете на самолёте из Владивостока в Москву?

Ответ:

Стрелки нужно переводить назад на 7 часов, так как мы будем двигаться с востока на запад, а Владивосток расположен в VIII часовой зоне, где время от московского отличается на 7 часов.

Задание 3.

Расположите регионы России в той последовательности, в которой их жители встречают Новый год.

А) Ростовская область

Б) Новосибирская область

В) Магаданская область

Так как Земля вращается с запада на восток, сутки начинаются раньше в восточных регионах. Значит чем восточнее пункт, тем скорее там наступит то или иное событие. По карте находим все 3 региона и смотрим, какой из них лежит восточнее. Магаданская область находится в XI часовом поясе, Новосибирская ­­– в V, Ростовская область – самый западный из всех указанных регионов, он расположен во II часовой зоне. Значит ответ: ВБА.

Задание 4.

Определите, когда по московскому времени должен совершить посадку самолёт в Краснодаре (II часовой пояс), вылетевший из Хабаровска (VIII часовой пояс) в 8 часов по местному времени, если расчётное время полёта составляет 9 часов.

Разница во времени между Хабаровском и Краснодаром составляет 7 часов (опять смотрим по карте часовых поясов). Когда в Хабаровске 8 часов, в Краснодаре 1 час. К краснодарскому времени прибавляем 9 часов полёта и получаем 10 часов.

Задание 5.

Когда жителю Аляски нужно вылететь на Чукотку, чтобы оказаться там утром 8 июня? Ответ поясните.

Так как Чукотка и Аляска расположены в соседних часовых поясах, то разница во времени у них равна 1 часу, значит вылететь надо утром. Но между этими географическими объектами лежит меридиан 180° –  линия перемены дат. Пересекая её с востока на запад, что и нужно будет сделать согласно этому заданию, мы должны отнять одни сутки. Значит вылететь нужно утром 9 июня.

Задание 6.

В каких случаях возможно следующее: расстояние между пунктами 5 км, а различие во времени составляет:

  • целые сутки _________________
  • 2 часа ______________________
  • 1 час ______________________?

Ответ:

А) Между островами Крузенштерна и Ратманова расстояние равно 5 км. Между этими островами проходит линия перемены дат, а значит разница в целые сутки.

Б) В странах, которые находятся за полосой сухопутной границы, время может отличаться летом на 2 часа (декретное и летнее время). И (или) некоторые субъекты живут не по своему поясному времени, а по московскому.

В) На 1 час может отличаться время населенных пунктов, расположенных в соседних часовых поясах.

Часовые пояса РФ 2019 год фото

Суточный ритм в географической оболочке

Для землян смена ночи и дня привычна. Вся их жизнь подчинена этому ритму. На других планетах светлое и тёмное время суток бывают не такими удобными. На Венере год длится меньше двух суток этой планеты, а Юпитер поворачивается вокруг своей оси всего за 5 земных часов, ни устать днём, ни отдохнуть ночью нам бы там не удалось.

Цветы, распускающиеся ночью фото
Некоторые цветы распускаются ночью

Как известно, Земля имеет форму эллипсоида, и ось её вращения постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом в 66° 33′ 22». Из-за этого солнечные лучи освещают разные участки земной поверхности неодинаково, поэтому и продолжительность дня и ночи везде разная. Она зависит от географической широты и времени года. Об этом мы подробнее поговорим во время следующего урока.




Смена дня и ночи создаёт суточный ритм в природе. В зависимости от суток меняются температуры воздуха и подстилающей земной поверхности, меняют направление прибрежные ветры – дневной и ночной бризы, изменяются испарение воды, влажность, давление. Например, таяние горных ледников происходит днём, дневная фаза фотосинтеза зависит от наличия солнечных лучей, многие растения раскрывают лепестки днём. Одни животные ведут активный дневной образ жизни, другие ночной. Жизнь человека тоже зависит от времени суток.

Суточное вращение Земли - причина ритмичности географической оболочки - ночной зверёк лори фото
Ночной зверёк лори фото

 

 

 

 

 

 

Источники:

  1. Ананьев Е.Г., Миронов С.С. Земля. Полная энциклопедия; ил. Н. Красновой, И. Парамыгина, О. Левченко. – М.: Эксмо, 2007
  2. Мильков Ф.Н. Общее землеведение. – М.: Высш. шк., 1990
  3. Савцова Т.М. Общее землеведение. М.: Издательский дом «Академия», 2003.

 

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.