Географические следствия вращения земли вокруг своей оси

Расчет скорости движения спутника вокруг Земли

Вращаясь по круговой орбите вокруг Земли, спутник в любой точке своей траектории может двигаться только с постоянной по модулю скоростью, хотя направление этой скорости будет постоянно изменяться. Какова же величина этой скорости? Её можно рассчитать с помощью второго закона Ньютона и закона тяготения.

Для поддержания круговой орбиты спутника массы в соответствии со вторым законом Ньютона потребуется центростремительная сила: , где — центростремительное ускорение.

Как известно, центростремительное ускорение определяется по формуле:

где — скорость движения спутника, — радиус круговой орбиты, по которой движется спутник.

Центростремительную силу обеспечивает гравитация, поэтому в соответствии с законом тяготения:

где кг — масса Земли, м3⋅кг-1⋅с-2 — гравитационная постоянная.

Подставляя все в исходную формулу, получаем:

Выражая искомую скорость , получаем, что скорость движения спутника вокруг Земли равна:

Это формула скорости, которую должен иметь спутник Земли на заданном радиусе (т.е. расстоянии от центра планеты) для поддержания круговой орбиты. Скорость не может меняться по модулю, пока спутник сохраняет постоянный орбитальный радиус, то есть пока он продолжает обращаться вокруг планеты по круговой траектории.

При использовании полученной формулы следует учитывать несколько деталей:

• В качестве радиуса нужно использовать расстояние от центра Земли, а не высоту над поверхностью.
  Следовательно, расстояние в формуле – это расстояние между центрами двух тел. В том случае, если известна высота спутника над поверхностью Земли, то для нахождения к этой высоте нужно прибавить радиус Земли, который приблизительно равен 6400 км.
• Данная формула верна для спутников, находящихся за пределами атмосферы.
  Однако в случае искусственных спутников это не совсем так. Даже на высоте 600 км от Земли имеет место определённое сопротивление воздуха. Постепенно это сопротивление, т.е. трение о воздух, заставляет спутники снижаться, и в конце концов они сгорают при входе в атмосферу. На высоте менее 160 км орбита спутника существенно понижается при каждом обороте вокруг Земли из-за сопротивления воздуха.
• Скорость спутника на круговой орбите не зависит от его массы.
  Если представить себе, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, и Луна обращается вокруг Земли на расстоянии 640 км, то для сохранения орбиты она должна двигаться с такой же точно скоростью, что и искусственный спутник на той же высоте, хотя масса и размеры Луны намного больше.

Искусственные спутники Земли, как правило, обращаются вокруг планеты на высоте от 500 до 2000 км от поверхности планеты. Рассчитаем, с какой скоростью должен двигаться такой спутник на высоте 1000 км над поверхностью Земли. В этом случае км. Подставляя числа, получаем:

 км/с.

Сила Кориолиса

Тело, совершающее прямолинейное движение во вращающейся среде, отклоняется в сторону, относительно этой среды. Такая вращающаяся среда называется неинерциальной системой координат. Подобной системой является Земля. Если среда вращается по часовой стрелке, то тело, движущееся в данной системе, будет отклоняться влево, относительно среды. При вращении неинерциальной системы против часовой стрелки, тело отклоняется вправо.

На примере это будет выглядеть так: если из пушки, которая находится на Северном полюсе, выстрелить ядром в направлении экватора, то для наблюдателя, находящегося на Земле, ядро начнёт постепенно отклоняться вправо. Это происходит потому, что планета двигается, вращаясь вокруг оси, и, пока ядро летит, она успевает повернуться. Если наблюдатель находится не на Земле, то есть не движется вместе с ней, то движение ядра будет прямолинейным.

В Южном полушарии подобное отклонение движущихся тел будет происходить влево, так как, если смотреть со стороны Южного полюса, планета вращается вокруг оси по часовой стрелке.

Этот эффект называется силой Кориолиса. Он назван по имени французского учёного, открывшего феномен. Примечательно то, что этот принцип действует при любом направлении тела по земной поверхности. Если стрельнуть ядром из пушки, стоящей на экваторе, в сторону Северного полюса, то снаряд для наблюдателя, находящегося на Земле, будет отклоняться вправо, точно так же, как при обратном направлении, то есть при стрельбе с Северного полюса на экватор.

При стрельбе с экватора на Южный полюс, снаряд отклонится влево, как при стрельбе с Южного полюса на экватор. Этот эффект наблюдается, благодаря инерции ядра, направленной в сторону вращения планеты. В начале движения снаряд находился на экваторе (в земной точке с самой высокой скоростью, возникающей вследствие осевого вращения). По мере движения ядра к полюсу, оно пролетает над точками земной поверхности, которые движутся медленнее экватора, а, значит, и бокового движения ядра, сохраняющегося из-за инерции. Таким образом, ядро постепенно «обгоняет» земную поверхность в боковом направлении и отклоняется в сторону.

Сила Кориолиса всегда действует перпендикулярно движению предмета. Эта сила действует не только на тела, движущиеся по направлению меридианов, но и в любых других направлениях, независимо от того, в какую сторону происходит движение.

Силу Кориолиса не совсем корректно называть силой, так как она, на самом деле, сама по себе никуда никого не тянет. Этот эффект строго относителен и существует только в неинерциальной системе.

А вот последствия этого эффекта вполне ощутимы. Например, вследствие силы Кориолиса, на планете образуются циклоны. Воздух из зон высокого давления стремится в области с низким давлением и сила Кориолиса отклоняет воздушные массы относительно движущейся поверхности вправо или влево, в зависимости от полушария. Поэтому циклоны закручиваются против часовой стрелки в Северном полушарии, а в Южном — по часовой.

Сила Кориолиса действует на реки и их русла. В Северном полушарии обычно правые берега рек более крутые и подмыты водой, которая утягивается вращающейся планетой вправо, в Южном — наоборот, левые.

На железнодорожные рельсы также оказывает воздействие данная сила. Правые рельсы одноколейных дорог в Северном полушарии будут изнашиваться больше, так как поезд утягивает вправо. В Южном полушарии больше изнашиваются левые рельсы.

Таковы общие следствия вращения нашей планеты вокруг оси, которые, в свою очередь, влияют на огромное количество обстоятельств и событий как на Земле, так и вокруг неё. Аналогичная тема раскрывается в учебнике по географии «Осевое вращение земли» 5 класс.

Движение Земли. Годовое обращение

Движение Земли. Земля совершает 11 различных движений. Из них важным географическим значением обладают суточное движение вокруг оси и годовое обращение вокруг Солнца.

При этом вводят следующие определения: афелий — самая удаленная точка на орбите от Солнца (152 млн. км), Земля проходит по ней 5 июля. Перигелий — ближайшая точка на орбите от Солнца (147 млн. км), Земля проходит по ней 3 января. Общая длина орбиты — 940 млн. км. Чем дальше от Солнца, тем меньше скорость движения. Поэтому в северном полушарии зима короче лета. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, совершая полный оборот за сутки. Ось вращения постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°.

Суточное движение.

Движение Земли вокруг оси идет с запада на восток, полный оборот совершается за 23 часа 56 минут 4 секунды. Это время принято за сутки. При этом Солнце как бы восходит на востоке и движется на запад. Суточное движение имеет 4 следствия:

• сжатие на полюсах и сферическая форма Земли;
• смена дня и ночи;
• возникновение силы Кориолиса — отклонение горизонтально движущихся тел в Северном полушарии вправо, в Южном — влево, это сказывается на направлении движения воздушных масс, морских течений и т. д.;
• возникновение приливов и отливов.

Годовое обращение Земли

Годовое обращение Земли — это движение Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. При обращении вокруг Солнца направление земной оси не изменяется – она остается параллельной самой себе.

Географическим следствием годового вращения Земли является смена времен года , которая обусловлена также постоянным наклоном земной оси. Если бы земная ось не имела наклона, то в течение года на Земле день был бы равен ночи, больше всего тепла получали бы экваториальные области, а на полюсах было бы всегда холодно. Сезонная ритмика природы (смена времен года) проявляется в изменении различных метеорологических элементов – температуры воздуха, его влажности, а также в изменении режима водоемов, жизни растений и животных и пр.

   

Орбита Земли имеет несколько важных точек, соответствующих дням равноденствий и солнцестояний.

22 июня — день летнего солнцестояния, когда в Северном полушарии — самый длинный, а в Южном — самый короткий день в году.  На Северном полярном круге и внутри него в этот день — полярный день, на Южном полярном круге и внутри него — полярная ночь.

22 декабря — день зимнего солнцестояния, в северном полушарии — самый короткий, в южном — самый длинный день в году. В пределах Северного полярного круга — полярная ночь, Южного полярного круга — полярный день.

21 марта и 23 сентября — дни весеннего и осеннего равноденствий, т. к. лучи Солнца падают отвесно на экватор, на всей Земле (кроме полюсов) день равен ночи.

Тропики — параллели с широтами 23,5°, в которых Солнце бывает в зените только раз в году. Между Северным и Южным тропиками Солнце бывает в зените два раза в год. За их пределами Солнце никогда не бывает в зените.

Полярные круги (Северный и Южный) — параллели в Северном и Южном полушариях с широтами 66,5°, на которых полярные день и ночь длятся ровно сутки.

Конспект по географии «Движение Земли. Годовое обращение»

Дрейф материков планеты

Замечание 1 Сегодня всем известно, что материки планеты не стоят на месте, они передвигаются, как бы плывут по верхней мантии. Это движение фиксируется только приборами и в среднем составляет около 3-х см в год.

Внешний вид материков и их расположение 40 млн. лет назад было другим и только, пожалуй, Африка оставалась похожей на современную.

В Индийском океане плавал Индостан, дрейфующий на северо-восток к Евразии. Южный полюс покрывал вытянутый на восток материк, в составе которого находилась Антарктида и Австралия.

Две Америки существовали ещё раздельно, хотя уже отделились от Африки и Европы, а Атлантический океан был примерно на 1000 км уже современного.

Относительно Африки неподвижной была Евразия, но на её поверхности уже определился раскол, по которому Европа пыталась отделиться от Азии. Остатком этого раскола являются Уральские горы.

Индостан, плавающий в Индийском океане, примкнул к южной части Евразии и стал полуостровом, а от столкновения поднялись Гималаи и плоскогорье Тибет.

Готовые работы на аналогичную тему

• Курсовая работа Движение материков 410 руб.
• Реферат Движение материков 240 руб.
• Контрольная работа Движение материков 200 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Северо-восточная часть Африки коснулась стыка Евразии и результатом явились Кавказские горы. Чуть позже это же столкновение оторвало от Африки небольшой кусок, который стал Аравийским полуостровом.

Отделившаяся от Антарктиды Австралия уплыла в более теплые края, хотя в те времена Антарктида ещё не была такой замороженной.

Две Америки соединились перешейком и создали обширный, относительно непроточный водоем, прогреваемый тропическим солнцем. Позже обе Америки решили отойти подальше от Африки и Европы, пригласив с собой Гренландию и Исландию.

Это передвижение разблокировало водный путь из Атлантики в Северный Ледовитый океан. Правда, надо сказать, что тогда он был очень ледовитым.

Образованию Гольфстрима сопротивлялись полярные льды, но, в конце концов, с последним ледниковым периодом было покончено. Европейский континент стал пригодным для жизни.

Плиты южных материков толкают Евразию на север и, предположительно, через какое-то время она перекроет Северный полюс, но, центробежная сила тянет её обратно, к экватору.

Возможно, конвекционные потоки в мантии делают тоже самое. Поскольку площадь Евразии огромная, то эти силы равномерно воздействовать на весь материк не могут. В результате, в основании материка возникают силы, которые стремятся его расколоть и появляется трещина.

Некоторые специалисты считают, что эта трещина сегодня занята озером Байкал. Последние данные говорят о том, что байкальская трещина расширяется со скоростью 2 см в год и озеро растет в длину. Есть предположения, что на месте Байкала со временем может возникнуть новый океан. Как это произойдет, официальная наука пока молчит.

Что касается Австралии, то её внешний вид не говорит о каком-либо движении. На материке нет действующих вулканов, нет прибрежных гор. Сильные вулканы есть на Малайском архипелаге.

Таким образом, Австралийская плита движется либо на север и, тогда сомнет архипелаг, или Индокитайская часть Азии движется на юг, разорвав Евразию по байкальской трещине. И в этом случае Малайский архипелаг тоже будет смят.

Африканский континент практически неподвижный. Ученые предполагают, что восточная часть Африки может отколоться от материка и вплотную подойдет к полуострову Индостан, сомкнувшись с ним и закрыв Персидский залив.

Антарктида уйдет с Южного полюса и тоже подойдет к Индостану. Последствия этого передвижения будут катастрофическими для Евразии.

Обе Америки движутся на запад, о чем свидетельствуют высокие горы на западном побережье и глубокие океанские впадины. Впадины вдоль западного побережья говорят о том, что материки подминают под себя тонкую океаническую кору.

Другие специалисты считают, что оба материка когда-то остановятся и повернут назад и снова сольются с Африкой и Европой.

Замечание 2

Наука делает вывод, что так или иначе, но материки снова соединятся в один огромный материк и, их геологическая история вновь повторится.

Что влияет на магнитное поле Земли?

Согласно сегодняшним представлениям, МП Земли является комбинацией нескольких магнитных полей, порождаемыми различными источниками.

1. Главное поле. Более 90% общего магнитного поля порождается во внешнем жидком ядре планеты.
2. Магнитные аномалии земной коры, вызванные остаточной намагниченностью горных пород. Изменяются очень медленно.
3. Внешние поля, порожденные токами в ионосфере и магнитосфере Земли, скоротечные.
4. Электрические токи в коре и внешней мантии возбуждаемые быстрыми изменениями внешних полей.
5. Влияние океанических течений.

Магнитные полюса, дрейфуют по поверхности нашей планеты со скоростью около 40 км в год.

Перемещение северного магнитного полюса Земли с начала XVII века. Красные точки — наблюдавшиеся положения, синие — расчётные положения, вычисленные по моделям «GUFM» (1590–1890) и «IGRF-12» (1900–2020) с временным шагом в 1 год. Для 1890–1900 годов, была осуществлена плавная интерполяция между двумя моделями.

Основные формулы

Прежде чем переходить к вопросу, чему равна скорость вращения Земли угловая, следует познакомиться с основными формулами, описывающими эту величину.

Как известно, угловая мера всей окружности составляет 360 ˚ или 2×π радиан, где π = 3,1416. Если тело совершает вокруг оси полный оборот за время T, тогда можно записать следующее выражение:

ω = 2×π /T = 2×π ×f.

Время T называют периодом обращения, а величина f = 1/T показывает, сколько оборотов тело сделает за единицу времени, то есть характеризует частоту его вращения.

Еще одной важной формулой для угловой скорости является выражение, объединяющее линейную скорость и радиус вращения:

ω = v/r.

Если проверить единицу измерения ω в этом выражении, то получаем те же радианы в секунду (с-1). Формула показывает, что чем меньше расстояние от оси вращения до тела (r), и чем больше его скорость линейная (v), тем больше будет ω.

Из этой формулы можно легко выразить величину v: v = ω×r. Поскольку угловая скорость является величиной постоянной для некоторого рассматриваемого тела, то быстрее будут двигаться те точки, которые находятся дальше от оси вращения.

Рассмотренные формулы и понятия используем для определения скорости угловой вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца.

Линия перемены дат

Земля вращается вокруг оси с запада на восток. При этом мореплаватели во главе с Магелланом придерживались противоположного направления. Они обогнули планету с востока на запад, увидев на один восход солнца меньше, чем за время путешествия встретили в Европе. Для того чтобы подобная досадная путаница не возникала каждый раз, когда кто-то решит обойти вокруг света, была проведена линия перемены дат.

Она практически полностью проходит по меридиану 180º и является границей, где время суток остается одинаковым, но изменяется календарная дата.

В отличие от нулевого меридиана линия перемены дат практически не попадает на территорию суши. Благодаря этому в большинстве случаев при перемещении по планете не приходится вычитать или прибавлять один день. Как уже было сказано, основная часть линии совпадает с меридианом 180º. Она соединяет два полюса, попадая на сушу только в Антарктиде.

Правило

Смену дат необходимо проводить при пересечении линии. Если корабль движется с востока на запад, то его команде нужно увеличить календарное число на один. В случае перемещения в обратном направлении оно уменьшается. На отрезке, где временная граница отклоняется, огибая острова Океании, команда вправе менять дату, лишь преодолев меридиан 180º, если судно не будет заходить в один из портов, то есть не возникнет необходимость синхронизации с местным временем.

По своей сути, линия перемены дат лишь условная граница. В ее основе не лежат какие-то физические закономерности. Линия создана для удобства международного общения. Смена одной даты на другую при пересечении этой границы похожа на перевод часов при переходе на летнее или зимнее время. Эти действия помогают человеку соотнести свое движение или деятельность с космическими процессами, но напрямую из них не вытекают.

Видео

Источники

• https://aif.ru/dontknows/eternal/kak_vrashchaetsya_zemlyahttps://nauka.club/astronomiya/vrashhenie-zemli-vokrug-solnca.htmlhttps://wiki2.org/ru/Суточное_вращение_Землиhttps://spacegid.com/vrashhenie-zemli-vokrug-nashego-svetila.htmlhttps://o-kosmose.ru/solnechnaya-sistema/kak-vrashhaetsya-zemlyahttp://www.vseznaika.org/priroda/chto-takoe-god-mesyac-sutki-s-tochki-zreniya-astronomii/https://fb.ru/article/205487/chto-takoe-liniya-peremenyi-dat

Виды движения планет

Первое представление о расположении планет на небосводе высказал Птолемей в трактате «Великое математическое построение по астрономии». Ученый предположил, что небесные тела движутся по кругу. Птолемей утверждал, что движение планет, как Солнца и Луны, происходит вокруг Земли. Даная теория просуществовала до работ Коперника и была принята, как в западном, так и в арабском мире.

Коперником была создана гелиоцентрическая система. Он объяснил, что Земля – это не центр Вселенной, а движение планет происходит вокруг Солнца по орбитам. Все свои утверждения он высказал в работе «О вращении небесных сфер», которую издали в 1543 году.

Последователем Коперника стал астроном Тихо Браге. На собственном острове он установил огромные бронзовые круги, на которых отмечал свои результаты наблюдения за движением небесных тел. Его результаты попали в руки математику Иоганну Кеплеру, который и установил 3 закона движения планет.

Первый закон движения планет. Кеплер работал с тем, что планеты движутся по круглой орбите. Однако его расчеты имели множество расхождений с реальными наблюдениями. И тогда ученый предположил, что орбиты имеют форму эллипса. У каждой эллипсовидной орбиты есть два фокусы, представляющие собой заданные точки. Следовательно, 1-й закон Кеплера гласит:

Второй закон движения планет. Чтобы понять закон, необходимо от Солнца провести радиус-вектор к планете. Небесное Светило при этом должно находиться в одном из фокусов орбиты. За одно и тоже время этот радиус-вектор будет описывать равные площади на плоскости, в которой происходит движение планеты вокруг Солнца.

Второй закон Кеплера:

Третий закон движения планет. Абсолютно все орбиты планет имеют точку максимально приближенную к Солнцу (перигелий) и точку максимально отдаленную от Солнца (афелий). Отрезок между этими двумя точками именуют большой осью орбиты. Разделив данный отрезок пополам получают большую полуось, которая как раз и используется в астрономии.

Этот закон используется для того, чтобы вычислить продолжительность года — периода, за который планета совершает полный оборот вокруг Солнца (Т). Для того чтобы получить это значение, достаточно знать расстояние между Солнцем и планетой (а).

В современной астрономии существует несколько видов движения планет:

• петлеобразное;
• попятное;
• прямое.

Перед тем как познакомиться с каждым видом движения планет в Солнечной системе более подробно, важно отметить, что все планеты условно делят на верхние и нижние, либо же внутренние и внешние. К числу нижних (внутренних) относят Меркурий и Венеру, к числу верхних (внешних) – все остальные (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун)

Данная классификация производится по отношению к земной орбите.

У нижних планет во время видимого движения, как и у Луны, происходит смена фаз. Во время своего движения Меркурий и Венера периодически располагаться между Землей и Солнцем или за Солнцем. В этот момент планеты не видны, так как они теряются в солнечных лучах. Период, когда внутренняя планета максимально приближена к Земному шару называют нижним соединением. Соответственно, верхнее соединение – это период максимального отдаления планеты. При разных положениях освещенного Солнцем полушария внутренней планеты с Земли его будет видно по-разному. Во время нижнего соединения планета поворачивается к Земному шару своей неосвещенной стороной, поэтому наблюдатель ее не видит. Отклоняясь немного в сторону от этого положения, она начинает приобретать вид серпа. Чем больше угловое расстояние между планетой и Солнцем, тем больше размер видимого серпа. В тот момент, когда угол при планете между направлениями на Землю и на Светило достигает отметки 90, наблюдателю видна ровно половина освещенной стороны внутренней планеты. Полностью освещенной стороной планета поворачивается при верхнем соединении, но из-за солнечных лучей ее не видно. Это совершенно нехарактерно для верхних планет, так как к наблюдателю с Земли они всегда будут повернуты освещенной Солнцем стороной. Предположим, что наблюдатель с Земного шара переместился в точку, которая расположена за орбитой Сатурна, то смену фаз он уже будет наблюдать и на Земле, и на Марсе, и на Юпитере, и на Сатурне. Эти планеты уже будут обращены к нему частично видимой, а частично невидимой стороной. Увидеть фазы планет с Земли в бинокль просто невозможно, для этого потребуется другое оборудование, например телескоп.

Из-за чего происходит вращение Земли

Единого мнения, объясняющего, почему Земля вращается вокруг Солнца, нет. Наиболее распространенная теория поясняет это процессами, происходящими во время зарождения Земли. Космические облака газов, пыли сформировали протопланеты, к которым притягивались другие космические тела. Из-за столкновений между ними, вероятно, и зародилось движение Земли.

Эта теория не дает ответа на вопрос, почему наш космический дом вращается именно с запада на восток. Также еще более загадочным является тот факт, что другие ведут себя по-иному: Венера вращается совсем в другом направлении, а Уран и вовсе «лежит на боку».