Скорость вращения земли на полюсах. Динамика и кинематика движения вокруг оси вращения

Содержание

С какой скоростью вращается земля?

Скорость вращения земли на полюсах. Динамика и кинематика движения вокруг оси вращения

Не для кого не секрет, что смена дня и ночи технически вызвана вращением Земли вокруг своей оси. Но вам когда нибудь приходило в голову с какой скоростью она вращается? И как посчитать эту скорость? Вообще, если говорить о движении по окружности, выделяют две скорости: угловую (ω) и линейную (v). Давайте попробуем найти и ту и другую.

Угловая скорость вращения Земли.

Угловая скорость определяет то, как быстро изменяется угол с течением в времени.  Так как один полный оборот соответствует углу в 360о или 2π, а время, за которое он совершается есть период Т, то угловую скорость можно выразить как:

ω=2π/Т

Мы знаем, что в сутках 24 часа, а, следовательно, можно предположить, что период обращения Земли вокруг своей оси Т составит так же 24 часа. Но не торопитесь переводить это время в секунды и подставлять в уравнение, записанное выше.

Так как Земля вращается еще вокруг солнца, то период обращения её вокруг собственной оси будет немного короче привычных нам солнечных суток и составит 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это так называемые звездные сутки.

В пересчете на секунды мы получаем: Т=86164 с.

Теперь можно найти угловую скорость:

ω = 2π/Т = 0,00007292115078 с-1

Линейная скорость

Если говорить об угловой скорости, то она одинакова для любой точки нашей планеты. И не важно: пингвин в Арктике, слон в Африке или  Вы у себя дома, все будут иметь одинаковую угловую скорость. Но когда речь заходит о скорости линейной, то тут все наоборот.

  Она будет максимальна на экваторе и убывать к полюсам, так как напрямую зависит от радиуса окружности вращения. А это значит, что если вы залезете на табуретку вкрутить лампочку, то ваша линейная скорость увеличится.

Строго говоря, линейная скорость описывает скорее не вращение Земли вокруг своей оси, она описывает вращение каких то отдельных её точек.

Рассчитать линейную скорость очень просто. По определению, скорость — это отношение пройденного пути ко времени, за которое этот путь был совершен. Если за один оборот мы проходим путь, равный длине окружности, а время движения будет ни что иное как период обращения Т, то, выразив длину окружности из известной школьной формулы: L= 2πR, мы получим уравнение для расчета линейной скорости:

V= 2πR/T

Так как угловая скорость ω = 2π/Т, то мы можем смело записать:

V=ωR

Радиус земли на экваторе R = 6378245 м, а значит линейная скорость там будет равна:

V≈465 м/с

Если перевести эту величину в километры в час, то получится 1674 км/ч!!! Приличная скорость. Но это на экваторе, где-нибудь в жаркой Африке, центральной её части. Ближе к полюсам значение будет ниже. Так, к примеру, для Санкт-Петербурга линейная скорость будет  уже в два раза меньше экваториальной, всего 837 км/ч, а на полюсах и вовсе 0 км/ч.

Что будет если…?

Что будет если земля перестанет вращаться? Вам знакома ситуация, когда вы едете в переполненном автобусе, вдруг водитель резко тормозит на светофоре, и все пассажиры, включая Вас, летят…???  Куда? Понятно куда, обниматься к водителю и целовать лобовое стекло.

Примерно тоже самое произойдет, если Господь Бог нажмет на тормоза и остановит Землю.  Вот только если скорость автобуса 60 км/ч, то в случае с Землей совершенно другие цифры. Значение в   1674 км/ч сопоставимо со скоростями сверхзвуковой авиации.

А именно с такими скоростями начнут двигаться все тела и объекты, находящиеся на поверхности земли в случае её экстренной остановки.

  Конечно, в России, в связи с тем, что страна находится в северных широтах, скорости будут меньше, но все же появится возможность разогнать Жигули 6 модели до 837 км/ч!!! Нужно только остановить Землю.

Что будет если Земля начнет вращаться быстрее? Всем известно, что Земля это не совсем шар, она немного приплюснута у полюсов, что обусловлено её вращением вокруг своей оси. Увеличение скорости вращения еще сильнее сплющит нашу Землю. При достаточной для этого скорости она  вполне может превратиться в блин, и действительно стать плоской.

  Так же увеличение скорости может привести к тому, что все тела, находящиеся на её поверхности, улетят в космос.  Для этого необходимо,, чтобы линейная скорость этих тел превысила вторую космическую скорость (11.2 км/с).

И кто знает, может когда-нибудь Земля-Матушка устанет от наших глупых попыток управлять ею и, наконец, добавит оборотов, раскидав нас по всей солнечной системе.

Источник: https://physicsline.ru/stati/s-kakoj-skorostyu-vrashhaetsya-zemlya/

С какой скоростью движется земля вокруг своей оси и солнца?

Скорость вращения земли на полюсах. Динамика и кинематика движения вокруг оси вращения

Земля, как и любой другой небесный объект, находится в постоянном движении. Даже если мы, люди, не чувствуем этого, планета вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца с огромной скоростью. Не ощущаем это мы потому, что это подобно самолету или машине — мы движемся с той же скоростью, что и транспорт, из-за этого и рождается иллюзия статики.

Из-за чего происходит вращение Земли вокруг своей оси?

Изящное 24-часовое вращение Земли вокруг своей оси — одна из причин, почему наша родная планета обитаема. Во многом именно это позволило развиться жизни, благодаря созданию благоприятной температуры, которая достигается постоянной сменой дня и ночи.

Не стоит забывать, что не только Земля имеет такую особенность — каждая планета в Солнечной системе имеет свое уникальное вращение. К примеру, на крошечном Меркурии, который находится ближе всего к Солнцу, одно вращение происходит за 59 земных дней, а на Венере — вообще 243, и кроме того ее движение происходит в обратном направлении.

То, что Земля вращается, знают все, и это кажется банальной информацией, но если задуматься, то не совсем понятно, почему же это происходит. Для ответа на этот вопрос надо узнать, как образовалась вся Солнечная система.

Интересно:  Спутник Сатурна: Титан – интересные факты, фото и видеоОбразование Солнечной системы
Изначально Солнечная система представляла из себя просто огромное облако пыли и газа, которое со временем начало разрушаться, превращаясь в гигантский диск.

Он в свою очередь постоянно увеличивал свою скорость вращения, словно фигуристка, вскидывающая руки вверх, чтобы двигаться быстрее. Солнце сформировалось в центре, а планеты начали собираться в отдалении от него.

Все объекты, из которых состоит наша система, находятся на одной и той же плоскости и двигаются в одном направлении потому, что все они произошли из одного диска космической пыли.

Пока происходил процесс склейки планет и других небесных тел, спокойствия в Солнечной системе не было никакого, так как обломки постоянно сталкивались друг с другом, что приводило к их вращению. Иногда гравитация больших обломков завлекала маленькие — так появились спутники.

Почему Земля вращается вокруг своей оси быстрей других планет?

Ученые предполагают, что огромный объект, примерно размером с Марс, врезался в нашу планету и отделил от нее тем самым огромный клочок, который стал впоследствии Луной. Это столкновение заставило Землю вращаться с большей скоростью, чем другие планеты. Но гравитация Луны влияет на вращение Земли — она его замедляет!

Интересный факт: Земля постоянно замедляет свое вращение. Ученые предполагают, что в момент образования планеты день шел всего 6 часов. А сейчас существуют чрезвычайно точные технологии, которые дают возможность просчитать дальнейшее замедление — через сто лет день станет короче на 2 миллисекунды.

С какой скоростью земля вращается вокруг своей оси?

Скорость является понятием относительным, потому что всегда требуется определенная точка отсчета, чтобы ее рассчитать. Для расчета скорости вращения вокруг своей оси, берется вращение относительно центра планеты.

Земля совершает один оборот за 23 часа 56 минут и 4.09053 секунды, что называется звездным периодом. Окружность планеты равна 40 075 километров. Для того, чтобы рассчитать скорость, потребуется разделить окружность на время, тогда получается примерно 1674 км/ч или же 465 м/с.

Земля вращается вокруг своей оси со скоростью: 1674 км в час или 465 м/с.

Зависимость скорости вращения Земли и широты

Но не стоит забывать, что окружность планеты меняется в зависимости от широты, так как Земля сужается ближе к полюсам. Поэтому планета кружится с разной скоростью на разных широтах! Чем меньше радиус, тем меньше скорость. Так на Северном полюсе и Южном полюсе скорость вращения практически равна нулю.

Если же вам интересно узнать скорость вращения, которая может достигаться на иной широте, то для это потребуется лишь умножить косинус этой широты (его можно просчитать на калькуляторе либо просто подсмотреть в таблице косинусов) на скорость вращения планеты на экваторе (1674 км/ч). Так косинус 45 градусов равен 0,7071 и получатся, что скорость на этой широте: 1674х0,7071=1183,7 км/ч.

Зависимость скорости вращения Земли и широты

Скорость вращения Земли для разных широт

  • 10°: 0.9848×1674=1648,6 км/ч;
  • 20°: 0.9397×1674=1573,1 км/ч;
  • 30°: 0.866×1674=1449,7 км/ч;
  • 40°: 0.766×1674=1282,3 км/ч;
  • 50°: 0.6428×1674=1076,0 км/ч;
  • 60°: 0.5×1674=837,0 км/ч;
  • 70°: 0.342×1674=572,5 км/ч;
  • 80°: 0.1736×1674=290,6 км/ч

Интересный факт: космические агенства предпочитают использовать вращение Земли вокруг своей оси для своего преимущества.

Так как скорость вращения наибольшая в районе экватора, то и ресурсов для подъема космического корабля с нулевой широты требуется меньшее.

Циклическое торможение

Ученые стали замечать корреляцию между сейсмической активностью за год и скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Считается, что прямой взаимосвязи между этими двумя явлениями нет, но специалистам важно находить какие-либо зацепки, которые, во-первых, дадут большее понимание нашей планеты, а во-вторых, могут спасти тысячи жизней.

Интересно:  Что такое комета?

Так как все циклично, так и вращение нашей родной планеты циклично. Земля имеет пятилетние периоды циклического торможения и ускорения.

Колебание земной оси

В физике существует два понятия, которые используются для описания колебаний оси Земли — прецессия и нутация.

Прецессия — это такое явление, при котором момент импульса небесного тела меняет свою направленность в пространстве.

Такое движение можно увидеть на примере волчка, который при запуске имеет вертикальную ось вращения, но волчок имеет свойство постепенного замедления, в процессе которого скорость начинает теряться.

Из-за этого ось начинает постепенно отклоняться от привычной вертикали. За счет этого волчок начинает описывать форму подобную конусу.. Подобное движение и есть прецессия.

С Землей дела обстоят серьезнее и медленнее. Такую особенность в движении нашей родной планеты заметил еще античный географ и астроном Гиппарх, назвав это явление преддверием равноденствия. Цикл процессии у Земли крайне долгий — 25 тысяч лет.

Именно с таким движением планеты ученые связывают периодические изменения в климате.

Так в какой-то момент колебания станут настолько заметны, что ориентироваться по старым небесным картам будет невозможно из-за смещения всех звезд относительно экваториальной линии.

Нутация — это довольно слабое движение, которое напоминает своего рода качание или же кивание, характерное для твердого тела, совершающего процессию. Это небольшие колебания земной оси, накладывающиеся на прецессионное движение.

Движение Земли вокруг Солнца

Вращение Земли вокруг Солнца

Не стоит забывать, что движение Земли состоит не только из ее собственного вращения, но еще и движения вокруг Солнца. Наш дом находится примерно на расстоянии 149 600 000 километров от звезды.

Весь путь вокруг звезды наша планета совершает за 365,256 дней со скоростью равной 108 000 км/ч или 30 км/с.

Интересный факт: люди признали, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, лишь в 16 веке! За такое “богохульство” некоторые ученые даже поплатились жизнью.

Другие движения

Солнечная система не является каким-то статическим объектом, который не двигается. На самом деле одновременно со всеми вращениями, которые происходят в системе, она сама движется с огромной скоростью.

Солнце находится на расстоянии примерно равном 26 000 световых лет от центра галактики Млечный Путь, ширина которой составляет примерно от 80 000 до 120 000 световых лет. А толщина ее составляет 7 000 световых лет.

Наша система находится на одном из дальних рукавов ближе к краю. Ей требуется примерно 200-250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг центра нашей галактики.

На этой орбите Солнечная система движется со скоростью около 250 км/с.

Движение Солнечной системы в нашей галактике

Млечный Путь в свою очередь так же относится к еще большей системы — Местная группа. Такое название ученые дали гравитационно связанной группе галактик, к которой и относится наша родная. В этой системе Млечный Путь движется со скоростью примерно 300 км/с.

Интересно:  Почему кратеры на Луне круглые, а не овальные?

Что же будет, если Земля вдруг резко остановится?

Вероятность того, что вы можете в любой момент просто вылететь в открытый космос, равна нулю. В этом вам помогает гравитация, которая безустанно притягивает нас к земле.

Но гравитация на Земле не везде одинаковая! Наша планета имеет сферическую форму и за счет вращения вокруг оси, Земля немножко приплюснута у полюсов.

Скорость на самой широкой окружности должна быть наивысшей — такой окружностью является экватор. Гравитация на экваторе на 0.3% сильнее!

НАСА заявляет, что остановка планеты невозможна в ближайшие несколько миллиардов лет. Но если представить такую ситуацию, что Земля резко останавливается, — получается не радужная картина.

Если вращение самого небесного тела прекратиться, то движение атмосферы никто не остановит, поэтому все, что находилось на поверхности земли будет разрушено сильным ветром.

И это касается не только людей и животных, но и зданий, деревьев, и даже верхних слоев почвы!

Вариант с постепенным замедлением же является реальной ситуацией, с которой наша планета столкнется в далеком будущем. Наименьшая скорость, до которой может Земля опуститься, равна одному обороту в 365 дней.

Такая ситуация называется “синхронностью солнца”. Тогда одна сторона будет всегда повернута к Солнцу, другая же — как и у Луны, вечно будет во тьме.

Но к подобной ситуации, в целом, по заявлениям НАСА, можно будет привыкнуть.

Интересно: 

Источник: https://kipmu.ru/s-kakoj-skorostyu-dvizhetsya-zemlya-vokrug-svoej-osi-i-solnca/

Динамика и кинематика движения вокруг оси вращения. Скорость вращения Земли вокруг своей оси

Скорость вращения земли на полюсах. Динамика и кинематика движения вокруг оси вращения

Движение вокруг оси вращения является одним из распространенных видов перемещения объектов в природе. В данной статье этот тип движения рассмотрим с точки зрения динамики и кинематики. Также приведем формулы, связывающие основные физические величины.

О каком движении пойдет речь?

В буквальном смысле речь пойдет о перемещении тел по окружности, то есть об их вращении.

Ярким примером такого движения является вращение колеса автомобиля или велосипеда во время перемещения транспортного средства. Вращение вокруг своей оси фигуриста, выполняющего сложные пируэты на льду.

Или вращение нашей планеты вокруг Солнца и вокруг собственной, наклонной к плоскости эклиптики, оси.

Параметрический коэффициент Стьюдента – это

Как можно заметить, важным элементом рассматриваемого типа движения является ось вращения. Каждая точка тела произвольной формы совершает вокруг нее круговые движения. Расстояние от точки до оси называют радиусом вращения. От его значения зависят многие свойства всей механической системы, например момент инерции, линейная скорость и другие.

Динамика вращения

Если причиной линейного поступательного перемещения тел в пространстве является действующая на них внешняя сила, то причиной движения вокруг оси вращения является внешний момент силы. Эта величина описывается как векторное произведение приложенной силы F¯ на вектор расстояния от точки ее приложения до оси r¯, то есть:

M¯ = [r¯*F¯]

Действие момента M¯ приводит к появлению углового ускорения α¯ в системе. Обе величины связаны друг с другом через некоторый коэффициент I следующим равенством:

M¯ = I*α¯

Величина I называется моментом инерции. Он зависит как от формы тела, так и от распределения массы внутри него и от расстояния до оси вращения. Для материальной точки он вычисляется по формуле:

I = m*r2

Если внешний момент силы равен нулю, тогда система сохраняет свой момент импульса L¯. Это еще одна векторная величина, которая, согласно определению, равна:

L¯ = [r¯*p¯]

Здесь p¯ – импульс линейный.

Закон сохранения момента L¯ принято записывать в таком виде:

I*ω = const

Где ω – скорость угловая. О ней речь пойдет дальше в статье.

Кинематика вращения

В отличие от динамики, этот раздел физики рассматривает исключительно практические важные величины, связанные с изменением во времени положения тел в пространстве. То есть объектом изучения кинематики вращения являются скорости, ускорения и углы поворота.

Для начала введем угловую скорость. Под ней понимают угол, на который тело совершает поворот за единицу времени. Формула для мгновенной угловой скорости имеет вид:

ω = dθ/dt

Если за одинаковые промежутки времени тело совершает повороты на равные углы, тогда вращение называют равномерным. Для него справедлива формула для средней угловой скорости:

ω = Δθ/Δt

Измеряется ω в радианах в секунду, что в системе СИ соответствует обратным секундам (с-1).

В случае неравномерного вращения используют понятие углового ускорения α. Оно определяет скорость изменения во времени величины ω, то есть:

α = dω/dt = d2θ/dt2

Измеряется α в радианах в секунду квадратную (в СИ – с-2).

Если тело изначально вращалось равномерно со скоростью ω0, а затем начало увеличивать свою скорость с постоянным ускорением α, тогда такое движение можно описать следующей формулой:

θ = ω0*t + α*t2/2

Это равенство получается при интегрировании по времени уравнений угловой скорости. Формула для θ позволяет рассчитать число оборотов, которое сделает система вокруг оси вращения за время t.

Линейная и угловая скорости

Обе скорости друг с другом связаны. Когда говорят о скорости вращения вокруг оси, то могут иметь в виду как линейную, так и угловую характеристику.

Предположим, что некоторая материальная точка вращается вокруг оси на расстоянии r со скоростью ω. Тогда ее линейная скорость v будет равна:

v = ω*r

Разница между линейной и угловой скоростью является существенной. Так, ω при равномерном вращении от расстояния до оси не зависит, величина же v линейно возрастает с увеличением r. Последний факт объясняет, почему при увеличении радиуса вращения сложнее удерживать тело на круговой траектории (увеличивается его линейная скорость и, как следствие, инерционные силы).

Задача на вычисление скорости вращения вокруг своей оси Земли

Каждый знает, что наша планета в Солнечной системе совершает два вида вращательного движения:

  • вокруг своей оси;
  • вокруг звезды.

Вычислим скорости ω и v для первого из них.

Угловую скорость определить не сложно. Для этого вспомним, что полный оборот, равный 2*pi радиан, планета совершает за 24 часа (точное значение 23 ч 56 мин. 4,1 сек.). Тогда значение ω будет равно:

ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10-5 рад/с

Рассчитанное значение является небольшим. Покажем теперь, как сильно абсолютная величина ω отличается от таковой для v.

Рассчитаем линейную скорость v для точек, лежащих на поверхности планеты, на широте экватора. Поскольку Земля является сплюснутым шаром, то экваториальный радиус немного больше полярного. Он составляет 6378 км. Пользуясь формулой связи двух скоростей, получаем:

v = ω*r = 7,27*10-5*6378000 ≈ 464 м/с

Полученная скорость равна 1670 км/ч, что больше скорости звука в воздухе (1235 км/ч).

Вращение Земли вокруг своей оси приводит к появлению так называемой кориолисовой силы, которую следует учитывать при полете баллистических ракет. Также она является причиной многих атмосферных явлений, например отклонения направления ветров пассатов к западу.

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/43341-dinamika-i-kinematika-dvizhenija-vokrug-osi-vrashhenija-skorost-vrashhenija-zemli-vokrug-svoej-osi/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.