3.2 دوران الأرض حول محورها

تدور الأرض حول محورها من الغرب إلى الشرق ، أي عكس اتجاه عقارب الساعة ، إذا نظرت إلى الأرض من النجم الشمالي (من القطب الشمالي). في هذه الحالة ، السرعة الزاوية للدوران ، أي الزاوية التي تدور بها أي نقطة على سطح الأرض ، هي نفسها وتبلغ 15 درجة في الساعة. تعتمد السرعة الخطية على خط العرض: أعلى مستوى عند خط الاستواء - 464 م / ث ، والأقطاب الجغرافية ثابتة.

الدليل المادي الرئيسي على دوران الأرض حول محورها هو التجربة باستخدام بندول فوكو المتأرجح. بعد أن أجرى الفيزيائي الفرنسي جيه فوكو تجربته الشهيرة في باريس بانثيون عام 1851 ، أصبح دوران الأرض حول محورها حقيقة لا جدال فيها. يقاس الدليل المادي للدوران المحوري للأرض أيضًا بقوس خط الطول 1 درجة ، والذي يقع على بعد 110.6 كم بالقرب من خط الاستواء و 111.7 كم بالقرب من القطبين (الشكل 15). تثبت هذه القياسات ضغط الأرض عند القطبين ، وهي خصائص فقط للأجسام الدوارة. وأخيرًا ، الدليل الثالث هو انحراف الأجسام الساقطة عن الخط الراقي عند جميع خطوط العرض ، باستثناء القطبين (الشكل 16). يرجع سبب هذا الانحراف إلى احتفاظهم بالقصور الذاتي بسرعة خطية أكبر للنقطة لكن(عند الارتفاع) مقارنة بالنقطة في(بالقرب من سطح الأرض). تنحرف الأجسام المتساقطة على الأرض باتجاه الشرق لأنها تدور من الغرب إلى الشرق. يكون مقدار الانحراف أعظمى عند خط الاستواء. عند القطبين ، تسقط الأجسام رأسيًا ، دون انحراف عن اتجاه محور الأرض.

الأهمية الجغرافية للدوران المحوري للأرض كبيرة بشكل استثنائي. بادئ ذي بدء ، إنه يؤثر على شكل الأرض. إن ضغط الأرض عند القطبين هو نتيجة دورانها المحوري. في السابق ، عندما كانت الأرض تدور بسرعة زاوية أعلى ، كان الانكماش القطبي أكثر أهمية. إن إطالة اليوم ، ونتيجة لذلك ، انخفاض في نصف قطر خط الاستواء وزيادة في القطبية مصحوبة بتشوهات تكتونية لقشرة الأرض (صدوع ، طيات) وإعادة هيكلة للإغاثة الكبيرة للأرض.

من النتائج المهمة للدوران المحوري للأرض انحراف الأجسام المتحركة في مستوى أفقي (الرياح ، الأنهار ، التيارات البحرية ، إلخ). من اتجاههم الأصلي: في نصف الكرة الشمالي - الصحيح،في الجنوب إلى اليسار(هذه إحدى قوى القصور الذاتي ، تسمى تسارع كوريوليس تكريما للعالم الفرنسي الذي شرح هذه الظاهرة لأول مرة). وفقًا لقانون القصور الذاتي ، يسعى كل جسم متحرك إلى الحفاظ على اتجاه وسرعة حركته في فضاء العالم دون تغيير (الشكل 17). الانحراف هو نتيجة حقيقة أن الجسم يشارك في وقت واحد في كل من الحركات متعدية والتناوب. عند خط الاستواء ، حيث تكون خطوط الطول متوازية مع بعضها البعض ، لا يتغير اتجاهها في الفضاء العالمي أثناء الدوران ويكون الانحراف صفراً. نحو القطبين ، يزداد الانحراف ويصبح أكبر عند القطبين ، حيث يغير كل خط زوال اتجاهه في الفضاء بمقدار 360 درجة في اليوم. تُحسب قوة كوريوليس بالصيغة F = m x 2ω x υ x sin φ ، أين F هي قوة كوريوليس ، تيهي كتلة الجسم المتحرك ، ω هي السرعة الزاوية ، υ هي سرعة الجسم المتحرك ، φ هي خط العرض الجغرافي. إن مظهر قوة كوريوليس في العمليات الطبيعية متنوع للغاية. وبسبب ذلك تنشأ دوامات بمقاييس مختلفة في الغلاف الجوي ، بما في ذلك الأعاصير والأعاصير المضادة ، وتنحرف الرياح والتيارات البحرية عن اتجاه التدرج ، وتؤثر على المناخ ومن خلاله على المنطقة الطبيعية والإقليمية ؛ يرتبط عدم تناسق وديان الأنهار الكبيرة به: في نصف الكرة الشمالي ، العديد من الأنهار (دنيبر ، فولغا ، إلخ) لهذا السبب ، تكون الضفاف اليمنى شديدة الانحدار ، والضفاف اليسرى لطيفة ، والعكس صحيح في نصف الكرة الجنوبي.

يرتبط دوران الأرض بوحدة طبيعية لقياس الوقت - يومويستمر تغير الليل والنهار.الأيام نجمية ومشمسة. يوم فلكيهي الفترة الزمنية بين قمتين متتاليتين للنجم عبر خط الزوال لنقطة المراقبة. خلال يوم فلكي ، تحدث الأرض ثورة كاملة حول محورها. إنها تساوي 23 ساعة و 56 دقيقة و 4 ثوانٍ. تستخدم الأيام الفلكية في الملاحظات الفلكية. يوم شمسي حقيقي- الفاصل الزمني بين ذروتين علويتين متتاليتين لمركز الشمس عبر خط الزوال لنقطة المراقبة. تختلف مدة اليوم الشمسي الحقيقي على مدار العام ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الحركة غير المتكافئة للأرض في مدار بيضاوي الشكل. وبالتالي ، فهي أيضًا غير ملائمة لقياس الوقت. لأغراض عملية ، يستخدمون متوسط ​​الأيام الشمسية.يُقاس متوسط ​​الوقت الشمسي بما يسمى بالشمس المتوسطة - وهي نقطة خيالية تتحرك بشكل موحد على طول مسير الشمس وتحدث ثورة كاملة كل عام ، مثل الشمس الحقيقية. يبلغ متوسط ​​اليوم الشمسي 24 ساعة ، وهي أطول من اليوم النجمي ، لأن الأرض تدور حول محورها في نفس الاتجاه الذي تدور فيه حول الشمس بسرعة زاوية تبلغ حوالي 1 درجة في اليوم. وبسبب هذا ، تتحرك الشمس على خلفية النجوم ، ولا تزال الأرض بحاجة إلى "الدوران" بمقدار درجة واحدة تقريبًا بحيث "تأتي" الشمس إلى نفس خط الزوال. وهكذا ، في يوم شمسي ، تدور الأرض حوالي 361 درجة. لتحويل التوقيت الشمسي الحقيقي إلى التوقيت الشمسي ، يتم إدخال تعديل - يسمى معادلة وقت.قيمته القصوى الإيجابية هي +14 دقيقة في 11 فبراير ، وأكبر قيمة سلبية هي -16 دقيقة في 3 نوفمبر. يتم أخذ بداية متوسط ​​اليوم الشمسي على أنها لحظة الذروة السفلية لمتوسط ​​الشمس - منتصف الليل. هذا الوقت يسمى العد الوقت المدني.

في الحياة اليومية ، يعد متوسط ​​الوقت الشمسي أيضًا غير مريح للاستخدام ، لأنه يختلف في كل خط زوال ، بالتوقيت المحلي.على سبيل المثال ، على خطي زوال متجاورين مرسومين على فواصل زمنية مقدارها 1 درجة ، يختلف التوقيت المحلي بمقدار 4 دقائق. أدى التواجد في نقاط مختلفة تقع على خطوط الطول المختلفة في توقيتها المحلي إلى العديد من المضايقات. لذلك ، في المؤتمر الفلكي الدولي عام 1884 ، تم اعتماد حساب منطقة للوقت. للقيام بذلك ، تم تقسيم سطح الكرة الأرضية بالكامل إلى 24 منطقة زمنية ، 15 درجة لكل منطقة. خلف التوقيت القياسييتم أخذ التوقيت المحلي لخط الزوال الأوسط لكل حزام. هناك صيغة لتحويل التوقيت المحلي إلى توقيت المنطقة والعكس تي ن – م = ن – λ °, أين تي ص - التوقيت القياسي ، م - التوقيت المحلي ، ن- عدد الساعات يساوي عدد الحزام ، λ ° يتم التعبير عن خط الطول بالساعات. حزام الصفر (المعروف أيضًا باسم 24) هو الحزام الذي يمر في منتصفه خط الزوال الصفري (غرينتش). وقته يؤخذ على أنه التوقيت العالمي.مع العلم بالتوقيت العالمي ، من السهل حساب الوقت القياسي باستخدام الصيغة تي ن = تي 0 + ن, أين تي 0 - التوقيت العالمي. يتم عد الأحزمة إلى الشرق. في منطقتين متجاورتين ، يختلف التوقيت القياسي بمقدار ساعة واحدة بالضبط ، ولتيسير الأمر ، لم يتم رسم حدود المنطقة الزمنية على الأرض بشكل صارم على طول خطوط الطول ، ولكن على طول الحدود الطبيعية (الأنهار والجبال) أو حدود الولاية والحدود الإدارية.

في عدد من البلدان ، يتم تقديم الوقت بمقدار ساعة واحدة فقط لفصل الصيف. في روسيا منذ عام 1981 في الفترة من أبريل إلى أكتوبر ، وقت الصيفبسبب نقل الوقت لساعة أخرى قادمة مقارنة بالأمومة. وهكذا ، في الصيف ، يتوافق الوقت في موسكو فعليًا مع التوقيت المحلي على خط الطول 60 درجة شرقًا. هـ- الوقت الذي يُسمَّى فيه سكان موسكو والمنطقة الزمنية الثانية التي يقع فيها العيش موسكو.وفقًا لتوقيت موسكو في بلدنا ، يتم تحديد مواعيد القطارات والطائرات ، ويتم تحديد الوقت على البرقيات.

في منتصف الحزام الثاني عشر ، تقريبًا بمحاذاة خط الطول 180 درجة ، في عام 1884 أ خط التاريخ الدولي.هذا خط شرطي على سطح الكرة الأرضية ، حيث تتطابق الساعات والدقائق على جانبيها ، وتختلف تواريخ التقويم بيوم واحد. على سبيل المثال ، في ليلة رأس السنة الجديدة عند 0000 ساعة ، يكون غرب هذا الخط بالفعل 1 يناير من العام الجديد ، وإلى الشرق - 31 ديسمبر فقط من العام القديم. عند عبور حدود التواريخ من الغرب إلى الشرق في حساب أيام التقويم ، فإنها تعود قبل يوم واحد ، ومن الشرق إلى الغرب يتم تخطي يوم واحد في حساب التواريخ.

يخلق التغيير ليلا ونهارا إيقاع يوميفي الطبيعة الحية وغير الحية. يرتبط الإيقاع اليومي بظروف الضوء ودرجة الحرارة. المسار اليومي لدرجة الحرارة ، نسمات النهار والليل ، إلخ ، معروفة جيداً ، الإيقاع اليومي للطبيعة الحية يتجلى بوضوح شديد. من المعروف أن التمثيل الضوئي ممكن فقط خلال النهار ، في ظل ضوء الشمس ، حيث تفتح العديد من النباتات أزهارها في ساعات مختلفة. وفقًا لوقت ظهور النشاط ، يمكن تقسيم الحيوانات إلى ليلية ونهارية: معظمها مستيقظ أثناء النهار ، لكن العديد (البوم ، الخفافيش ، فراشات الليل) تكون في ظلام الليل. تستمر حياة الإنسان أيضًا في إيقاع يومي.

أرز. 18. الشفق والليالي البيضاء

تسمى فترة الانتقال السلس من ضوء النهار إلى ظلام الليل والعودة الشفق. فيإنها تستند إلى ظاهرة بصرية تُلاحظ في الغلاف الجوي قبل شروق الشمس وبعد غروبها ، عندما تكون لا تزال (أو بالفعل) تحت خط الأفق ، ولكنها تضيء السماء التي ينعكس منها الضوء. تعتمد مدة الشفق على ميل الشمس (المسافة الزاوية للشمس من مستوى خط الاستواء السماوي) وخط العرض الجغرافي لمكان المراقبة. عند خط الاستواء ، يكون الشفق قصيرًا ويتزايد مع زيادة خط العرض. هناك ثلاث فترات من الشفق. الشفق المدنييتم ملاحظتها عندما يغرق مركز الشمس بشكل سطحي تحت الأفق (بزاوية تصل إلى 6 درجات) ولفترة قصيرة. هذا في الواقع ليال بيضاء،عندما يقترب فجر المساء مع فجر الصباح. في الصيف يتم ملاحظتهم عند خطوط عرض 60 درجة أو أكثر. على سبيل المثال / في سانت بطرسبرغ (خط عرض 59 ° 56 "شمالًا) يستمرون من 11 يونيو إلى 2 يوليو ، في أرخانجيلسك (64 درجة 33" شمالًا) - من 13 مايو إلى 30 يوليو. الشفق الملاحيلوحظ عندما يغرق مركز القرص الشمسي تحت الأفق بمقدار 6-12 درجة. في الوقت نفسه ، يكون خط الأفق مرئيًا ، ومن الممكن تحديد زاوية النجوم فوقه من السفينة. وأخيرا الشفق الفلكيلوحظ عندما يغمر مركز القرص الشمسي تحت الأفق بمقدار 12-18 درجة. في الوقت نفسه ، لا يزال الفجر في السماء يمنع الملاحظات الفلكية للنجوم الباهتة (الشكل 18).

يعطي دوران الأرض نقطتين ثابتتين - الأقطاب الجغرافية(نقاط تقاطع المحور التخيلي لدوران الأرض مع سطح الأرض) - وبالتالي تسمح لك ببناء شبكة من خطوط الطول والمتوازيات. خط الاستواء(اللات. اكواتور - المعادل) - خط تقاطع الكرة الأرضية مع مستوى يمر عبر مركز الأرض بشكل عمودي على محور دورانها. المتوازيات(غرام. موازيات - تسير جنبًا إلى جنب) - خطوط تقاطع المجسم الإهليلجي للأرض بمستويات موازية لمستوى خط الاستواء. خطوط الطول(اللات. ميريدلانوس - منتصف النهار) - خطوط تقاطع المجسم الإهليلجي للأرض بواسطة طائرات تمر عبر قطبيها. يبلغ طول خط الطول 1 درجة في المتوسط ​​111.1 كم.