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我们脚下的地球,时刻不停地自西向东自

来源:水星 时间:2023/2/21

大家好,欢迎收看我的百家号清清解读文化,接下来我为大家讲一讲地球的自转运动。

我们脚“下”的地球,时刻不停地自西向东自转着。每24小时转过一圈。地球表面上任何地点都因地球自转而做匀速圆周运动。越近两极,圆的半径越小,自转线速度越慢;越近赤道,圆的半径越大,自转线速度越快。地球赤道半径是多公里,因此位于赤道上的一点,每天的行程达多公里一近八万华里,这个速度比超音速飞机还要快!那么,为什么地球上的人,谁也感觉不到这种运动呢?根据力学原理,在一个做匀速直线运动即速度不变,方向也不变的运动的系统内部,不管运动速度有多大,不仅人不能感觉,就是用任何仪器也不能判断该系统是否在运动。在行驶平稳的火车或轮船上,这条原理人们是可以体会出来的。地球自转,线速度量然很大,角速度却很小。钟表上的时针,转动得多么缓慢,以至我们的肉眼也难以察觉,而它一天毕竟转了两圈;地球自转一天只转一圈,角速度比时针还慢得多哩!角速度就是前进方向改变的速度。速度基本不变,方向改变极慢,这就是人们不能感觉地动的原因。

地球自转尽管不易被人感觉,但它对于人类的生存却是至关重要的。我们知道“万物生长靠太阳”,太阳的光热,几乎是地球上一切能量的源泉。如果我们的地球不是象现在这样自转,而是象水星那样总以一面对着太阳,向阳的半球温度总在几百度以上,背阴的半球永远处在零下二百多度的漫漫长夜之中,这是多么严酷的世界啊!地球自转,在太阳这只天然大火炉面前缓缓地转动着“身躯”,让它的周身能得到比较均衡的热量,这是我们地球上生机勃物、欣欣向荣的最基本条件之一。地球自转还是人们计量时间的天然单位;由地球自转轴而定义的经纬度为人们测定大地坐标提供了方便,地球自转还同地壳构造、地震、潮汐等有密切的关系,在地球的生命史上是一个重要的演化因素。

地球自转尽管很平稳,然而只要我们仔细考察的话,还是可以钱到一些反映地球自转的蛛丝马迹。

地球变扁和重力变化:公共汽车转弯太急,乘客往往立足不稳,要不是有车厢挡住,还有被甩出去的危险,这就是惯性离心力的作用。相对于转动参考系统,所有质点都要受到一种离开转动中心的惯性离心力,力的大小F=MRw3,其中M为物体质量,R为转动半径,0为转动角速度。地球自转没有汽车转弯那么快,但也有离心力。在赤道上,转动半径最大,离心力也最大,而且是在垂直地面向上的方向,要不是有地心引力向下“拉”着,物体就要腾空而起,被甩出去了。地心引力减去被惯性离心力抵消的部分才是物体的实际重力。因为地球自转角速度很小,惯性离心力是很微弱的。在赤道上,也只有重力的1/。如果地球自转加快了17倍赤道上的离心力就要增加=倍,而与引力相平衡,一切物体都将失去重量。地球自转的赤道线速度乘上17等于7.9公里/秒,任何物体依此速度环绕地球运转,它因转动而生的惯性离心力恰与地心引力平衡,便永远不会落到地面上来(假如不计空气阻力),这正是人造卫星飞行的原理。

从赤道到两极,惯性离心力逐渐减弱。两极不参加地球自转,没有离心力的作用。在中纬度,离心力分成两个分量:垂直方向的分量与引力方向相反,减小了重力的数值;水平方向的分量迫使重力不指向地心。如果地球是正球体,重力既不指向地心,就决不会与地面垂直必然产生一种沿地面向赤道方向的水平拉力,使得一切可以移动的物体,如大洋里的水、地球还在原始状态时表面的熔融物质,产生由两极向赤道集中的趋势,把地球“拉”扁。但扁到一定的程度,重力正好在地面的垂直方向,水平分力不再存在,只要地球不加快转速,就不会再扁下去了。实际上,由于自转离心力很小地球与正球体相比在两极处只扁了43公里,好像一个直径20厘米的圆只扁了半毫米。

重力的数值等于地心引力减去自转离心力在垂直方向的分量。在不同纬度的地方,垂直分量不同;此外,还由于地球是扁的,越近赤道,地面与地心的距离越远,地心引力也就越小。两种因素合起来,重力就随着纬度的增加而变大,出现了北半球南轻北重,南半球南重北轻的现象。在两极重10公斤的物体到赤道上只重9.公斤,其中因自转离心力轻了35克,因距地心较远轻了18克。

地球变扁和物体重量随纬度而变化早已为实际观测所证实,是地球自转的证据之一。

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