Земля завжди перебуває у русі. Хоча здається, що ми стоїмо нерухомо на поверхні планети, вона безперервно обертається навколо своєї осі та Сонця. Цей рух не відчувається нами, оскільки він нагадує політ у літаку. Ми рухаємося з тією ж швидкістю, як і літак, тому не відчуваємо, що рухаємося взагалі.
З якою швидкістю Земля обертається навколо осі?
Земля робить один оберт навколо своєї осі майже за 24 години (якщо бути точними, то за 23ч 56 хв 4,09 с або 23,93 години). Оскільки коло Землі становить 40075 км, то будь-який об'єкт на екваторі обертається зі швидкістю приблизно 1674 км на годину або приблизно 465 метрів (0,465 км) на секунду (40075 км ділимо на 23,93 години та отримуємо 1674 км на годину).
На (90 градусах північної широти) і (90 градусах південної широти) швидкість фактично дорівнює нулю, тому що точки полюсів обертаються на дуже повільній швидкості.
Щоб визначити швидкість на будь-якій іншій широті, просто помножте косинус широти на швидкість обертання планети на екваторі (1674 км на годину). Косинус 45 градусів дорівнює 0,7071, таким чином, множимо 0,7071 на 1674 км на годину та отримуємо 1183,7 км на годину.
Косинус необхідної широти легко визначити за допомогою калькулятора або подивитися у таблиці косінусів.
Швидкість обертання Землі для інших широт:
- 10 градусів: 0.9848×1674=1648,6 км на годину;
- 20 градусів: 0.9397×1674=1573,1 км за годину;
- 30 градусів: 0.866×1674=1449,7 км за годину;
- 40 градусів: 0.766×1674=1282,3 км на годину;
- 50 градусів: 0.6428×1674=1076,0 км на годину;
- 60 градусів: 0.5×1674 = 837,0 км на годину;
- 70 градусів: 0.342×1674=572,5 км на годину;
- 80 градусів: 0.1736×1674=290,6 км на годину.
Циклічне гальмування
Все циклічно, навіть швидкість обертання нашої планети, яку геофізики можуть виміряти з точністю до мілісекунд. Обертання Землі, як правило, має п'ятирічні цикли уповільнення та прискорення, і останній рік циклу уповільнення часто взаємопов'язаний із сплеском землетрусів у всьому світі.
Оскільки 2018 рік є останнім у циклі уповільнення, вчені очікують цього року на зростання сейсмічної активності. Кореляція не є причинно-наслідковим зв'язком, але геологи завжди шукають інструменти, щоб спробувати передбачити, коли відбудеться черговий потужний землетрус.
Коливання земної осі
Земля при обертанні робить невеликі коливання, оскільки її вісь дрейфує на полюсах. Було відмічено, що дрейф земної осі прискорився з 2000 року, рухаючись зі швидкістю 17 див на рік Схід. Вчені встановили, що вісь, як і раніше, рухається на схід замість того, щоб рухатися вперед і назад через комбінований ефект танення Гренландії і , а також втрати води в Євразії.
Дрейф осі, як передбачається, особливо чутливий до змін, що відбуваються на 45 градусах північної та південної широти. Це відкриття призвело до того, що вчені нарешті змогли відповісти на давнє запитання, чому ось взагалі дрейфує. Коливання осі на Схід чи Захід викликано сухими чи вологими роками у Євразії.
З якою швидкістю Земля рухається навколо Сонця?
На додаток до швидкості обертання Землі навколо своєї осі, наша планета також обертається навколо Сонця зі швидкістю близько 108000 км/год (або приблизно 30 км/сек), і повністю завершує свою орбіту навколо Сонця за 365,256 днів.
Лише у 16-му столітті люди зрозуміли, що Сонце є центром нашої Сонячної системи, і що Земля переміщається навколо нього, а не є нерухомим центром Всесвіту.
Астрономи встановили, що Земля одночасно бере участь у кількох видах руху. Наприклад, у складі вона рухається навколо центру Чумацького Шляху, а у складі нашої Галактики бере участь у міжгалактичному русі. Але головних видів руху, відомих людству з давніх-давен, два. Один із них — навколо своєї осі.
Наслідок осьового обертання Землі
Наша планета поступово обертається навколо уявної осі. Такий рух Землі називають осьовим обертанням. Усі об'єкти на земній поверхні обертаються разом із Землею. Обертання відбувається із заходу Схід, тобто проти годинникової стрілки, якщо дивитися Землю із боку Північного полюса. Через таке обертання планети схід сонця вранці відбувається на сході, а захід сонця ввечері - на заході.
Земна вісь нахилена під кутом 66 1/2° до площини орбіти, якою планета рухається навколо Сонця. У цьому вісь суворо у космічному просторі: її північний кінець завжди спрямовано Полярну зірку. Осьове обертання Землі визначає видимий рух зірок і Місяця з небосхилу.
Обертання Землі навколо осі дуже впливає на нашу планету. Воно визначає зміну дня і ночі та виникнення природної, даної природою одиниці виміру часу – доби. Це період повного обороту планети навколо осі. Тривалість доби залежить від швидкості обертання планети. Відповідно до існуючої системи обчислення часу добу ділять на 24 години, годину – на 60 хвилин, хвилину – на 60 секунд.
Через осьового обертання Землі всі ті тіла, що рухаються по її поверхні, відхиляються від початкового напрямку в Північній півкулі вправо по ходу свого руху, а в Південному - вліво. У річках сила, що відхиляє, притискає воду до одного з берегів. Тому у річок у Північній півкулі зазвичай більш крутий правий берег, а у Південній півкулі – лівий. Відхилення впливає на напрямок вітрів, течій у Світовому океані.
Осьове обертання впливає форму Землі. Наша планета не ідеальна куля, вона трохи стиснута. Тому відстань від центру Землі до полюсів (полярний радіус) на 21 кілометр коротше відстані від центру Землі до екватора (екваторіальний радіус). З цієї ж причини меридіани на 72 кілометри коротші від екватора.
Осьове обертання викликає добові зміни у надходженні сонячного світла та тепла на земну поверхню, пояснює видимий рух зірок та Місяця з небосхилу. Воно визначає також відмінність у часі у різних частинах земної кулі.
Всесвітній час та часові пояси
В той самий момент у різних частинах земної кулі час доби може бути різним. Але для всіх точок, розташованих на одному меридіані, час однаковий. Його називають місцевим часом.
Для зручності відліку часу поверхню Землі умовно поділено на 24 (за кількістю годин на добу). Час усередині кожного пояса називають поясним часом. Відлік поясів ведеться від нульового часового поясу. Це пояс, посередині якого проходить Грінвічський (нульовий) меридіан. Час на цьому меридіані називають всесвітнім. У двох сусідніх поясах поясний час різниться рівно на 1 годину.
У середині дванадцятого часового поясу, приблизно за меридіаном 180, проходить лінія зміни дат. По обидва боки від неї години та хвилини збігаються, а календарні дати різняться на одну добу. Якщо мандрівник перетинає цю лінію зі сходу на захід, то дата переводиться на день вперед, а якщо із заходу на схід, то повертається на один день тому.
Наша планета перебуває у постійному русі, вона обертається навколо Сонця та власної осі. Земна вісь - уявна лінія, проведена від Північного до Південного полюса (вони при обертанні залишаються без руху) під кутом в 66033 ꞌ по відношенню до площини Землі. Люди не можуть помітити момент обертання, тому що всі предмети рухаються паралельно, їхня швидкість така ж. Це виглядало б так само, якби ми пливли на кораблі і не помічали рух предметів та об'єктів на ньому.
Повний оборот навколо осі завершується протягом однієї зіркової доби, що складається з 23 годин 56 хвилин і 4 секунд. За цей проміжок то один, то інший бік планети повертається до Сонця, одержуючи від нього різну кількість тепла та світла. Крім цього обертання Землі навколо осі впливає на її форму (плескаті полюси - результат обертання планети навколо осі) і на відхилення при русі тіл у горизонтальній площині (річки, течії та вітру Південної півкулі відхиляються вліво, Північного - вправо).
Лінійна та кутова швидкість обертання
(Обертання Землі)
Лінійна швидкість обертання Землі навколо осі - 465 м/с або 1674 км/год у зоні екватора, у міру віддалення від нього швидкість поступово сповільнюється, на Північному та Південному полюсах вона дорівнює нулю. Наприклад, для громадян екваторіального міста Кіто (столиця Еквадору в Південній Америці) швидкість обертання якраз 465 м/с, а для москвичів, що живуть на 55-й паралелі на північ від екватора, - 260 м/с (майже вдвічі менше) .
Щорічно швидкість обертання навколо осі знижується на 4 мілісекунди, що пов'язано з впливом Місяця на силу морських та океанічних відливів та припливів. Притягання Місяця «тягне» воду у напрямку, протилежному до осьового обертання Землі, утворюючи незначну силу тертя, що уповільнює швидкість обертання на 4 мілісекунди. Швидкість кутового обертання залишається скрізь однаковою, її значення – 15 градусів на годину.
Чому день змінюється вночі
(Зміна дня та ночі)
Час повного обороту Землі навколо осі - одна зоряна доба (23 години 56 хвилин 4 секунди), за цей часовий проміжок освітлена Сонцем сторона спочатку знаходиться "у владі" дня, тіньова - ночі, а потім навпаки.
Якщо Земля оберталася б інакше і одна її сторона була постійно повернена до Сонця, то там була б висока температура (до 100 градусів Цельсія) і вся вода б випарувалася, на іншому боці - навпаки лютували морози і вода знаходилася під товстим шаром льоду. І перші, і другі умови були б неприйнятними для розвитку життя та існування людського вигляду.
Чому змінюються пори року
(Зміна пір року на Землі)
Внаслідок того, що вісь нахилена по відношенню до земної поверхні під певним кутом, її ділянки отримують у різний час різну кількість тепла та світла, що обумовлює зміну пір року. За астрономічними параметрами, необхідними для визначення пори року, за точки відліку беруть деякі моменти часу: для літа та зими це Дні сонцестояння (21 червня та 22 грудня), для весни та осені – Рівненства (20 березня та 23 вересня). З вересня по березень Північна півкуля повернуто до Сонця менше часу і відповідно отримує менше тепла і світла, привіт зимушка-зима, Південна півкуля в цей час отримує багато тепла і світла, нехай живе літо! Проходить 6 місяців і Земля переходить на протилежну точку своєї орбіти і вже Північна півкуля отримує більше тепла та світла, дні стають довшими, Сонце піднімається вище – настає літо.
Якби Земля розташовувалася по відношенню до Сонця виключно у вертикальному положенні, то пори року взагалі б не існувало, адже всі точки на освітленій Сонцем половині отримували б однакову і рівномірну кількість тепла та світла.
Для природи земної поверхні осьове обертання Землі має значення.
1.
Воно створить основну одиницю часу - добу, що поділяються на дві основні частини - освітлену та неосвітлену. З цією одиницею часу у процесі еволюції органічного світу виявилася узгодженою фізіологічна діяльність тварин та рослин. Зміна напруги (роботи) та ослаблення (відпочинку) є внутрішня потреба організмів. Її ритми могли бути різними, але в процесі еволюції відбувся відбір таких організмів, внутрішній біологічний «годинник» якого «працює» добово.
Головним синхронізатором біологічних ритмів виступає чергування світла та темряви. З ним пов'язана ритміка фотосинтезу, клітинних поділів і зростання, дихання, світіння водоростей та багато іншого.
Так як тривалість дня змінюється за сезонами, то й добова ритміка у тварин і рослин коливається в межах 23-26, а в деяких 22-28 год.
Від доби залежить найважливіша риса теплового режиму (а не кількості тепла) земної поверхні – зміна денного нагрівання та нічного охолодження. У цьому важлива як зміна; а й їхня тривалість.
Добова ритміка проявляється і в неживій природі: в нагріванні та охолодженні гірських порід та вивітрюванні, температурному режимі водойм, температурі повітря та вітрах, наземних опадах.
2.
Друге істотне значення обертання географічного простору полягає у розподілі його на праве та ліве. Це призводить до відхилення шляхів тіл, що рухаються вправо в північній півкулі і вліво в південній.
У 1826 р. історик П. А. Словцов вказав на підмивання правих берегів рік Сибіру. У 1857 р. російський академік К. М. Бер висловив загальне положення про те, що всі річки північної півкулі підмивають праві береги. У 1835 р. французький математик Г. Коріоліс сформулював теорію відносного руху тіл у системі відліку, що обертається. Географічний простір, що обертається, і є такою рухомою системою. Відхилення шляхів руху тіл вправо або вліво отримало назву коріолісової сили або коріолісового прискорення.
Сутність явища ось у чому. Напрямок руху тіл, звичайно, прямолінійно щодо осі світу. Але на Землі воно відбувається на сфері, що обертається, під рухомим тілом площина горизонту повертається вліво в північній півкулі і вправо в південній. Оскільки спостерігач знаходиться на твердій поверхні сфери, що обертається, йому здається, що тіло, що рухається, відхиляється вправо, тоді як насправді площина горизонту йде вліво.
Найбільш наочно коріолісову силу можна простежити на коливанні маятника Фуко. Підвішений на вільній нитці вантаж хитається в одній площині по відношенню до осі Миру. Диск під маятником повертається разом із Землею. Тому кожне хитання маятника стосовно диска відбувається у новому напрямі. У Ленінграді (ф = 60 °) диск під маятником протягом години повертається на 15 ° sin 60 ° -13 °, де 15 ° - кут повороту Землі протягом години.
Відхилення шляху руху від початкового напрямку будь-якої маси за фізичною сутністю так само, як відхилення маятника Фуко.
Збереження масами, з інерції, прямолінійного руху, і одночасний поворот земної поверхні зумовлюють видиме відхилення напрямів руху праворуч у північному і ліворуч у південному півкулях, незалежно від цього, рухається маса вздовж меридіана чи уздовж паралелі.
Таким чином, відхиляюча сила обертання Землі прямо пропорційна масі тіла, що рухається, швидкості руху і синусу широти. На екваторі вона дорівнює 0 і зростає зі збільшенням широти.
Дію коріолісової сили піддаються всі маси, що переміщуються: вода в океанських і морських течіях, в річках, повітряні маси в процесі циркуляції атмосфери, речовина в ядрі Землі; коріолісову силу враховують і у балістиці.
3. Обертання Землі (разом із кулястою формою) у полі сонячної радіації (світло і тепло) визначає західно-східне протягом зон природи.
4. Ми вже бачили геодезичні (для фігури планети) та геофізичні (для перерозподілу мас у її тілі) наслідки нерівномірності ротаційного режиму Землі.
5. Завдяки обертанню Землі невпорядковані у різних місцях висхідні та низхідні струми повітря набувають переважної спіральності: у північній півкулі утворюється лівий гвинт, у південному правий. Цій закономірності підпорядковуються повітряні маси, океанські води, і навіть, мабуть, речовина ядра.
Якщо подумки уявити себе ширяють повітря над північним полюсом, можна побачити, що Земля обертається проти годинникової стрілки. Тому Сонце встає на сході та заходить на заході. Осьове обертання Землі підтверджується дослідами з маятником Фуко. Підвісний вантаж, що розгойдується на нитці, постійно змінює площину свого гойдання. З обертанням Землі пов'язане таке поняття, як час. Дуже спрощено: час - це подія (явище), що закономірно повторюється, нерозривно пов'язане з рухом. Якщо немає руху, то подія не може повторитись. Щоразу на Землі повторюється схід і захід Сонця, відбувається зміна дня і ночі. Це з рухом Землі навколо своєї осі.
Повний оборот Земля здійснює за добу, тобто період її обертання визначає основну одиницю часу. добу.Вони отримали назву сонячної добина відміну від зоряної доби, яка трохи відрізняється за часом. Для отримання дрібніших часових одиниць добу розділили на 24 рівні частини, які назвали годинником, годинник поділили на хвилини, а хвилини – на секунди. Насправді визначення точного часу складніше, ніж тут описано. Для його визначення задіяні астрономічні спостереження та розрахунки, які показали, що існують коливання у русі Землі навколо своєї осі, та в середньому сонячна доба триває 24 години 3 хвилини 56,5 секунди. За 4 роки накопичується різниця близько 24 годин. Тому існує високосний рік, у якому 366 діб, а не 365, як у звичайному році.
Зрозуміло, що у певний момент у різних точках земної кулі буде різний час. Такий час називається місцевим часом,і воно відрізнятиметься, щоправда, не набагато, навіть у сусідніх населених пунктах. Тому для зручності поверхню земної кулі розділили меридіонально через 15° на 24 частини, які отримали назву часових поясів. Час у межах таких поясів називається поясним часом. За час поясу приймається місцевий час, наявний на середньому меридіані кожного такого поясу. Час кожного часового поясу відрізняється від сусідніх поясів на годину. Територія Росії захоплює 11 часових поясів (з 2-го до 12-го). За всесвітній часприймається час нульового пояса, посередині якого проходить нульовий (грінвічський) меридіан.
Відлік часових поясів ведеться на схід від мерідіана. Москва та Санкт-Петербург знаходяться у другому часовому поясі. Тому коли в Лондоні 12 годин дня, то в цих містах час дорівнює 14 годин. Уважна людина відразу заперечить і скаже, що час улітку в Санкт-Петербурзі та Москві відрізняється від часу в Лондоні не на 2, а на 3 години, і буде абсолютно правим. Справа в тому, що влітку поясний час переводиться на 1:00 вперед. Це зроблено для того, щоб раціональніше використовувати світлий час доби. Такий час, що запроваджується спеціальною постановою, називається декретним часом(Декрет - постанова, указ). Починаючи з 1930 р., у нашій країні існував саме декретний час, оскільки годинник був постійно переведений на 1 годину вперед по відношенню до поясного часу. У 1991 р. такий декретний час було скасовано, але влітку спеціальною постановою уряду щорічно встановлюється літній час, що випереджає поясний час.
Час часового поясу, в якому знаходиться столиця Росії, називається московським часом, за середньоєвропейський часприймається час часового поясу, де знаходиться столиця Франції – Париж. Слід сказати, що умовні лінії часових поясів, встановлених на суші, мають зламаний характер. Це з проведенням кордонів часових поясів за межами держав чи з адміністративних кордонів усередині великих держав, оскільки час у яких зазвичай визначається за поясним часом їх столиць чи адміністративних центрів.
Існує ще одна умовна лінія на поверхні земної кулі. Це лінія зміни дат,тобто лінія, по обидва боки якої дати відрізняються однією добу. Вона проходить по середині 12 часового поясу, майже збігаючись із 180° меридіаном.
Внаслідок обертання Землі на тіла, що рухаються вздовж (по) її поверхні, діє прискорення Коріоліса,яке відхиляє початковий напрямок їх руху у Північній півкулі вправо, а у Південній – вліво. Тому річки у Північній півкулі підмивають правий берег, а річки у Південній півкулі – лівий. У цьому полягає відомий закон Бера.Прискорення Коріоліса аналогічним чином діє на всі лінійно рухомі об'єкти (повітряні потоки, морські течії тощо), у Північній півкулі відхиляє їх управо, а в Південній – вліво. На екваторі відхилення тіл, що рухаються, відсутнє, тобто прискорення Коріоліса дорівнює 0. Його збільшення відбувається у напрямку до полюсів, біля яких воно максимально.
Наслідком осьового обертання Землі є зміна у ньому дня й ночі. Якби вісь обертання була перпендикулярна площині орбіти Землі, в межах якої вона обертається навколо Сонця, то день на Землі завжди був би рівний ночі, тобто світлий час і темний час доби було б весь час рівно по 12 годин. Але вісь обертання Землі нахилена і кут її нахилу до площини орбіти становить близько 66,5°. Тому день буває довше за ніч і, навпаки, крім екватора, де день завжди дорівнює ночі. Оскільки вісь обертання завжди перпендикулярна до площини екватора, остання нахилена до площини земної орбіти під кутом 23,5°.
Географічні наслідки осьового обертання Землі полягають у впливі на її форму у вигляді полярного стиснення, у закономірних відхиленнях повітряних потоків, морських течій та руслових потоків внаслідок дії прискорення Коріоліса, в наявності добового ритму(Зміна дня і ночі), що виявляється в ритмічних змінах природи (бризи, зміна температур, неспання і сон організмів і т.д.).
