Cum se rotește planeta Pământ. Efectele forței Coriolis: experimente de laborator

Rotație zilnică Pământ

Înclinarea axei pământului în raport cu planul eclipticii (planul orbitei pământului).

Rotația zilnică a Pământului- rotația Pământului în jurul axei sale cu o perioadă de o zi siderale, a cărei manifestare direct observabilă este rotația zilnică a sferei cerești. Rotația Pământului este de la vest la est. Când sunt privite de pe Steaua Polară sau polul Nord ecliptică, rotația pământului este în sens invers acelor de ceasornic.

Rotația zilnică a sferei cerești.

Pământul se mișcă de la vest la est. Face o revoluție completă în aproximativ 23 de ore 56 de minute și 4 secunde. Viteza de rotație (la ecuator) - 465 m/s.

Sensul fizic și confirmarea experimentală

Semnificația fizică a rotației Pământului în jurul axei sale

Deoarece orice mișcare este relativă, este necesar să se indice un cadru de referință specific, în raport cu care se studiază mișcarea unui corp. Când se spune că pământul se rotește în jurul unei axe imaginare, înseamnă că face mișcare de rotație relativ la orice cadru de referință inerțial, iar perioada acestei rotații este egală cu zilele siderale - perioada unei revoluții complete a pământului sferei cerești în raport cu sfera cerească (Pământ).

Toate dovezile experimentale ale rotației Pământului în jurul axei sale se reduc la a demonstra că cadrul de referință asociat Pământului este un cadru de referință non-inerțial de un tip special - un cadru de referință care realizează mișcare de rotație în raport cu cadrele inerțiale. de referinta.

Spre deosebire de mișcarea inerțială (adică mișcarea rectilinie uniformă în raport cu cadrele de referință inerțiale), pentru a detecta mișcarea neinerțială a unui laborator închis, nu este necesar să se facă observații asupra corpurilor externe - o astfel de mișcare este detectată folosind experimente locale (adică , experimente efectuate în interiorul acestui laborator). În acest sens (tocmai în acesta!) al cuvântului, mișcarea neinerțială, inclusiv rotația Pământului în jurul axei sale, poate fi numită absolută.

Forțele de inerție

Forța centrifugă pe Pământul în rotație.

Efectele forței centrifuge

Dependența accelerației în cădere liberă de latitudine geografică. Experimentele arată că accelerația gravitației depinde de latitudinea geografică: cu cât este mai aproape de pol, cu atât este mai mare. Acest lucru se explică prin acțiune forța centrifugă. În primul rând, puncte suprafața pământului situate la latitudini mai mari, mai aproape de axa de rotatie si, prin urmare, la apropierea de pol, distanta fata de axa de rotatie scade, ajungand la zero la pol. În al doilea rând, odată cu creșterea latitudinii, unghiul dintre vectorul forței centrifuge și planul orizontului scade, ceea ce duce la o scădere a componentei verticale a forței centrifuge.

Acest fenomen a fost descoperit în 1672, când astronomul francez Jean Richet, aflat într-o expediție în Africa, a descoperit că ceasurile cu pendul merg mai încet în apropierea ecuatorului decât la Paris. Newton a explicat curând acest lucru spunând că perioada unui pendul este invers proporțională cu rădăcina pătrată a accelerației gravitaționale, care scade la ecuator din cauza forței centrifuge.

Aplatizarea Pământului. Influența forței centrifuge duce la deformarea Pământului la poli. Acest fenomen, prezis de Huygens și Newton la sfârșitul secolului al XVII-lea, a fost descoperit pentru prima dată la sfârșitul anilor 1730 ca urmare a prelucrării datelor de la două expediții franceze special echipate pentru a rezolva această problemă în Peru și Laponia.

Efectele forței Coriolis: experimente de laborator

Pendul Foucault la polul nord. Axa de rotație a Pământului se află în planul de oscilație al pendulului.

Acest efect ar trebui să fie exprimat cel mai clar la poli, unde perioada de rotație completă a planului pendulului este egală cu perioada de rotație a Pământului în jurul axei sale (zile siderale). În cazul general, perioada este invers proporțională cu sinusul latitudinii geografice, la ecuator planul oscilațiilor pendulului rămânând neschimbat.

Giroscop- un corp în rotație cu un moment de inerție semnificativ păstrează un moment unghiular dacă nu există perturbații puternice. Foucault, care s-a săturat să explice ce s-a întâmplat cu un pendul Foucault care nu se afla la pol, a dezvoltat o altă demonstrație: un giroscop suspendat și-a păstrat orientarea, ceea ce înseamnă că s-a rotit încet față de observator.

Deviația proiectilelor în timpul tragerii armei. O altă manifestare observabilă a forței Coriolis este devierea traiectoriilor proiectilelor (la dreapta în emisfera nordică, la stânga în emisfera sudică) trase în direcție orizontală. Din punctul de vedere al sistemului de referință inerțial, pentru proiectilele trase de-a lungul meridianului, acest lucru se datorează dependenței vitezei liniare de rotație a Pământului de latitudinea geografică: atunci când se deplasează de la ecuator la pol, proiectilul păstrează orizontală. componenta vitezei este neschimbată, în timp ce viteza liniară de rotație a punctelor de pe suprafața pământului scade, ceea ce duce la o deplasare a proiectilului de la meridian în direcția de rotație a Pământului. Dacă focul a fost tras paralel cu ecuatorul, atunci deplasarea proiectilului față de paralelă se datorează faptului că traiectoria proiectilului se află în același plan cu centrul Pământului, în timp ce punctele de pe suprafața pământului se deplasează în un plan perpendicular pe axa de rotație a Pământului. Acest efect (pentru cazul tragerii de-a lungul meridianului) a fost prezis de Grimaldi în anii 40 ai secolului al XVII-lea. și publicat pentru prima dată de Riccioli în 1651.

Abaterea corpurilor în cădere liberă de la verticală. ( ) Dacă viteza corpului are o componentă verticală mare, forța Coriolis este îndreptată spre est, ceea ce duce la o deviere corespunzătoare a traiectoriei corpului în cădere liberă (fără viteza initiala) dintr-un turn înalt. Când este luat în considerare într-un cadru de referință inerțial, efectul se explică prin faptul că vârful turnului în raport cu centrul Pământului se mișcă mai repede decât baza, datorită căruia traiectoria corpului se dovedește a fi o parabolă îngustă. iar corpul este ușor înaintea bazei turnului.

Efectul Eötvös. La latitudini joase, forța Coriolis, atunci când se deplasează de-a lungul suprafeței pământului, este direcționată pe direcție verticală și acțiunea ei duce la creșterea sau scăderea accelerației căderii libere, în funcție de deplasarea corpului către vest sau est. Acest efect se numește efectul Eötvös în onoarea fizicianului maghiar Lorand Eötvös, care l-a descoperit experimental la începutul secolului al XX-lea.

Experimente folosind legea conservării momentului unghiular. Unele experimente se bazează pe legea conservării momentului unghiular: într-un cadru de referință inerțial, valoarea momentului unghiular (egal cu produsul momentului de inerție și viteza unghiulară de rotație) nu se modifică sub acțiunea forțe interne. Dacă în unele momentul initial când instalația este nemișcată față de Pământ, atunci viteza de rotație a acesteia față de cadrul de referință inerțial este egală cu viteza unghiulară de rotație a Pământului. Dacă schimbați momentul de inerție al sistemului, atunci viteza unghiulară de rotație a acestuia ar trebui să se schimbe, adică va începe rotația față de Pământ. Într-un cadru de referință non-inerțial asociat cu Pământul, rotația are loc ca urmare a acțiunii forței Coriolis. Această idee a fost propusă de omul de știință francez Louis Poinsot în 1851.

Primul astfel de experiment a fost efectuat de Hagen în 1910: două greutăți pe o bară transversală netedă au fost instalate nemișcate față de suprafața Pământului. Apoi, distanța dintre sarcini a fost redusă. Ca urmare, instalația a intrat în rotație. Un experiment și mai ilustrativ a fost făcut de omul de știință german Hans Bucka în 1949. O tijă de aproximativ 1,5 metri lungime a fost instalată perpendicular pe un cadru dreptunghiular. Inițial, tija era orizontală, instalația era staționară față de Pământ. Apoi tija a fost adusă într-o poziție verticală, ceea ce a dus la o modificare a momentului de inerție al instalației cu aproximativ un factor și la rotația sa rapidă cu o viteză unghiulară de ori mai mare decât viteza de rotație a Pământului.

Pâlnie în baie.

Deoarece forța Coriolis este foarte slabă, are un efect neglijabil asupra direcției vârtejului apei atunci când se scurge într-o chiuvetă sau cadă, deci, în general, direcția de rotație într-o pâlnie nu este legată de rotația Pământului. Cu toate acestea, în experimente atent controlate, este posibil să se separe efectul forței Coriolis de alți factori: în emisfera nordică, pâlnia va fi răsucită în sens invers acelor de ceasornic, în sud - invers.

Efectele forței Coriolis: fenomene în mediu

legea lui Baer. După cum a observat pentru prima dată academicianul Karl Baer din Sankt Petersburg în 1857, râurile erodează malul drept din emisfera nordică (în emisfera sudică - stânga), care, ca urmare, se dovedește a fi mai abruptă (legea lui Baer). Explicația efectului este similară cu explicația devierii proiectilelor la tragerea în direcție orizontală: sub influența forței Coriolis, apa lovește mai puternic malul drept, ceea ce duce la estomparea acestuia și, invers, se retrage. de pe malul stâng.

Ciclon peste coasta de sud-est a Islandei (vedere din spațiu).

Vânturi: alizee, cicloane, anticicloni. Cu prezența forței Coriolis, îndreptată în emisfera nordică spre dreapta și în emisfera sudică spre stânga, se asociază și fenomene atmosferice: alizee, cicloni și anticicloni. Fenomenul alizei este cauzat de încălzirea neuniformă a straturilor inferioare ale atmosferei terestre în zona aproape ecuatorială și la latitudini medii, ducând la fluxul de aer de-a lungul meridianului spre sud sau nord în emisferele nordice și sudice. , respectiv. Acțiunea forței Coriolis duce la devierea fluxurilor de aer: în emisfera nordică - spre nord-est (aliezul de nord-est), în emisfera sudică - spre sud-est (alizez de sud-est).

Experimente optice

În centrul unui număr de experimente care demonstrează rotația Pământului, se folosește efectul Sagnac: dacă interferometrul inel realizează mișcare de rotație, atunci din cauza efectelor relativiste, apare o diferență de fază în fasciculele care se apropie.

unde este aria proiecției inelului pe planul ecuatorial (planul perpendicular pe axa de rotație), este viteza luminii, este viteza unghiulară de rotație. Pentru a demonstra rotația Pământului, acest efect a fost folosit de fizicianul american Michelson într-o serie de experimente efectuate în 1923-1925. În experimentele moderne care utilizează efectul Sagnac, rotația Pământului trebuie luată în considerare pentru a calibra interferometrele inelare.

Există o serie de alte demonstrații experimentale ale rotației diurne a Pământului.

Rotire neuniformă

Precesiune și nutație

Cu toate acestea, aproape nimic nu se știe despre Giketa și Ekfant și chiar și existența lor este uneori pusă la îndoială. Potrivit opiniei majorității oamenilor de știință, Pământul în sistemul lumii lui Philolaus nu s-a rotit, ci s-a mișcat înainte în jurul Focului Central. În celelalte scrieri ale sale, Platon urmează viziunea tradițională a imobilității Pământului. Cu toate acestea, am primit numeroase dovezi că ideea de rotație a Pământului a fost apărat de filozoful Heraclid Pontus (secolul al IV-lea î.Hr.). Probabil, o altă presupunere a lui Heraclid este legată de ipoteza de rotație a Pământului în jurul axei sale: fiecare stea este o lume care include pământ, aer, eter și toate acestea sunt situate în spațiu infinit. Într-adevăr, dacă rotația zilnică a cerului este o reflectare a rotației Pământului, atunci premisa de a considera stelele ca fiind pe aceeași sferă dispare.

Aproximativ un secol mai târziu, presupunerea rotației Pământului a devenit parte integrantă prima, propusă de marele astronom Aristarh de Samos (sec. III î.Hr.). Aristarh a fost susținut de babilonianul Seleucus (secolul II î.Hr.), precum și de Heraclid din Pont, care considera universul ca fiind infinit. Faptul că ideea rotației zilnice a Pământului și-a avut susținătorii încă din secolul I d.Hr. e., mărturisesc unele afirmaţii ale filosofilor Seneca, Derkillid, astronomul Claudius Ptolemeu. Majoritatea covârșitoare a astronomilor și filozofilor nu s-au îndoit însă de imobilitatea Pământului.

Argumente împotriva ideii de mișcare a Pământului se găsesc în lucrările lui Aristotel și Ptolemeu. Deci, în tratatul său Despre Rai Aristotel justifică imobilitatea Pământului prin faptul că pe un Pământ în rotație, corpurile aruncate vertical în sus nu puteau cădea până la punctul de la care începea mișcarea lor: suprafața Pământului s-ar mișca sub corpul aruncat. Un alt argument pentru imobilitatea Pământului, dat de Aristotel, se bazează pe teoria sa fizică: Pământul este un corp greu, iar corpurile grele au tendința de a se deplasa spre centrul lumii, și nu se rotesc în jurul lui.

Din lucrarea lui Ptolemeu rezultă că susținătorii ipotezei rotației Pământului au răspuns acestor argumente că atât aerul, cât și toate obiectele terestre se mișcă odată cu Pământul. Aparent, rolul aerului în acest raționament este fundamental important, deoarece se înțelege că tocmai mișcarea lui împreună cu Pământul este cea care ascunde rotația planetei noastre. Ptolemeu contracarează acest lucru spunând că

corpurile în aer vor părea întotdeauna în urmă... Și dacă corpurile s-ar roti împreună cu aerul în ansamblu, atunci niciunul dintre ele nu ar părea să fie înaintea celuilalt sau să rămână în urmă, ci ar rămâne pe loc, în zbor iar aruncarea lui nu ar face abateri sau mișcări în alt loc, așa cum vedem noi cu ochii noștri având loc, și nu ar încetini sau accelera deloc, pentru că Pământul nu este staționar.

Evul Mediu

India

Primul dintre autorii medievali, care a sugerat că Pământul se rotește în jurul axei sale, a fost marele astronom și matematician indian Aryabhata (sfârșitul secolului V - începutul secolului VI). O formulează în mai multe locuri în tratatul său. Ariabhatia, de exemplu:

Așa cum o persoană de pe o navă care se deplasează înainte vede obiectele fixe mișcându-se înapoi, tot așa un observator... vede stele fixe mișcându-se în linie dreaptă spre vest.

Nu se știe dacă această idee îi aparține lui Aryabhata însuși sau dacă a împrumutat-o ​​de la astronomii greci antici.

Aryabhata a fost susținută de un singur astronom, Prthudaka (secolul al IX-lea). Majoritatea oamenilor de știință indieni au apărat imobilitatea Pământului. Astfel, astronomul Varahamihira (secolul al VI-lea) a susținut că pe un Pământ care se rotește, păsările care zboară în aer nu se pot întoarce la cuiburile lor, iar pietrele și copacii ar zbura de pe suprafața Pământului. Eminentul astronom Brahmagupta (secolul al VI-lea) a repetat de asemenea vechiul argument că un corp căzut din munte înalt, dar s-ar putea scufunda la baza sa. În același timp, însă, a respins unul dintre argumentele lui Varahamihira: în opinia sa, chiar dacă Pământul s-ar fi rotit, obiectele nu s-ar putea desprinde de el datorită gravitației lor.

Orientul islamic

Posibilitatea de rotație a Pământului a fost luată în considerare de mulți oameni de știință din Orientul musulman. Astfel, faimosul geometru al-Sijizi a inventat astrolabul, al cărui principiu de funcționare se bazează pe această presupunere. Unii savanți islamici (ale căror nume nu au ajuns până la noi) au găsit chiar modalitatea corectă de a infirma principalul argument împotriva rotației Pământului: verticalitatea traiectoriilor corpurilor în cădere. În esență, în același timp, a fost enunțat principiul suprapunerii mișcărilor, conform căruia orice mișcare poate fi descompusă în două sau mai multe componente: în raport cu suprafața Pământului în rotație, corpul care căde se mișcă de-a lungul unui plumb, dar punctul care este proiecţia acestei linii pe suprafaţa Pământului i-ar fi transferat.rotaţie. Acest lucru este dovedit de celebrul om de știință-encicloped al-Biruni, care el însuși era însă înclinat spre imobilitatea Pământului. În opinia sa, dacă o forță suplimentară acționează asupra corpului în cădere, atunci rezultatul acțiunii sale asupra Pământului în rotație va duce la unele efecte care nu sunt de fapt observate.

Printre oamenii de știință din secolele XIII-XVI, asociați cu observatoarele Maraga și Samarkand, s-a desfășurat o discuție despre posibilitatea unei justificări empirice a imobilității Pământului. Astfel, celebrul astronom Qutb ad-Din ash-Shirazi (secolele XIII-XIV) credea că imobilitatea Pământului poate fi verificată prin experiment. Pe de altă parte, fondatorul Observatorului Maraga, Nasir al-Din al-Tusi, credea că dacă Pământul s-ar roti, atunci această rotație ar fi separată de un strat de aer adiacent suprafeței sale și toate mișcările în apropierea suprafeței Pământului. s-ar întâmpla exact în același mod ca și când Pământul ar fi nemișcat. El a fundamentat acest lucru cu ajutorul observațiilor cometelor: după Aristotel, cometele sunt un fenomen meteorologic în straturile superioare atmosfera; Cu toate acestea, observatii astronomice arată că cometele participă la rotația zilnică a sferei cerești. În consecință, straturile superioare ale aerului sunt antrenate de rotația cerului și, prin urmare, straturile inferioare pot fi antrenate și de rotația Pământului. Astfel, experimentul nu poate răspunde la întrebarea dacă Pământul se rotește. Cu toate acestea, el a rămas un susținător al imobilității Pământului, deoarece aceasta era în conformitate cu filosofia lui Aristotel.

Majoritatea savanților islamici de mai târziu (al-Urdi, al-Qazvini, an-Naysaburi, al-Jurdjani, al-Birjandi și alții) au fost de acord cu at-Tusi că toate fenomenele fizice de pe un Pământ în rotație și staționar ar fi avut loc în același fel. Cu toate acestea, rolul aerului în acest caz nu a mai fost considerat fundamental: nu numai aerul, ci și toate obiectele sunt transportate de Pământul în rotație. Prin urmare, pentru a justifica imobilitatea Pământului, este necesar să se implice învățăturile lui Aristotel.

O poziție specială în aceste dispute a luat-o al treilea director al Observatorului Samarkand, Ala ad-Din Ali al-Kushchi (secolul al XV-lea), care a respins filosofia lui Aristotel și a considerat rotația Pământului posibilă din punct de vedere fizic. În secolul al XVII-lea, teologul și enciclopedul iranian Baha al-Din al-Amili a ajuns la o concluzie similară. În opinia sa, astronomii și filozofii nu au furnizat suficiente dovezi pentru a infirma rotația Pământului.

vestul latin

O discuție detaliată a posibilității mișcării Pământului este conținută pe scară largă în scrierile scolasticii parizieni Jean Buridan, Albert de Saxonia și Nicholas Oresme (a doua jumătate a secolului al XIV-lea). Cel mai important argument în favoarea rotației Pământului, și nu a cerului, dat în lucrările lor, este micimea Pământului în comparație cu Universul, ceea ce face ca atribuirea rotației zilnice a cerului Universului să fie extrem de nenaturală.

Cu toate acestea, toți acești oameni de știință au respins în cele din urmă rotația Pământului, deși din motive diferite. Deci, Albert de Saxonia credea că această ipoteză nu este capabilă să explice fenomenele astronomice observate. Buridan și Orem nu au fost de acord cu aceasta, potrivit căreia fenomenele cerești ar trebui să aibă loc în același mod, indiferent de ceea ce face rotația, Pământul sau Cosmosul. Buridan a putut găsi un singur argument semnificativ împotriva rotației Pământului: săgețile trase vertical în sus cad pe o linie abruptă, deși, odată cu rotația Pământului, în opinia sa, ar trebui să rămână în urmă mișcării Pământului și să cadă la la vest de punctul împuşcăturii.

Nicolae Orem.

Dar chiar și acest argument a fost respins de Oresme. Dacă Pământul se rotește, atunci săgeata zboară vertical în sus și în același timp se deplasează spre est, fiind capturată de aerul care se rotește cu Pământul. Astfel, săgeata trebuie să cadă în același loc din care a fost trasă. Deși și aici este menționat rolul antrenor al aerului, în realitate acesta nu joacă un rol deosebit. Acest lucru este ilustrat de următoarea analogie:

În mod similar, dacă aerul ar fi închis într-o navă în mișcare, unei persoane înconjurate de acest aer i-ar părea că aerul nu se mișcă... Dacă o persoană s-ar afla într-o navă care se mișcă cu de mare viteză spre est, neștiind această mișcare, și dacă și-ar întinde mâna în linie dreaptă de-a lungul catargului navei, i s-ar părea că mâna lui face mișcare rectilinie; la fel, conform acestei teorii, ni se pare ca acelasi lucru se intampla cu o sageata cand o tragem vertical in sus sau vertical in jos. În interiorul unei nave care se deplasează spre est cu viteză mare, pot avea loc tot felul de mișcări: longitudinale, transversale, în jos, în sus, în toate direcțiile - și par exact la fel ca atunci când nava este staționară.

Concluzion, așadar, că este imposibil să demonstrăm prin orice experiență că cerurile au o mișcare diurnă și că pământul nu.

Cu toate acestea, verdictul final al lui Oresme asupra posibilității de rotație a Pământului a fost negativ. La baza acestei concluzii a fost textul Bibliei:

Totuși, până acum toată lumea susține și cred că [Raiul] și nu Pământul este cel care se mișcă, căci „Dumnezeu a creat cercul Pământului care nu se va zgudui”, în ciuda tuturor argumentelor opuse.

Posibilitatea unei rotații zilnice a Pământului a fost menționată și de oamenii de știință și filozofii europeni medievali din vremuri ulterioare, dar nu au fost adăugate argumente noi care să nu fi fost conținute în Buridan și Orem.

Astfel, practic niciunul dintre oamenii de știință medievali nu a acceptat ipoteza rotației Pământului. Cu toate acestea, în cursul discuțiilor sale de către oamenii de știință din Est și Vest, au fost exprimate multe gânduri profunde, care vor fi apoi repetate de oamenii de știință din New Age.

Renaștere și timpuri moderne

Nicolae Copernic.

În prima jumătate a secolului al XVI-lea au fost publicate mai multe lucrări care susțineau că motivul rotației zilnice a cerului este rotația Pământului în jurul axei sale. Unul dintre ele a fost tratatul italianului Celio Calcagnini „Despre faptul că cerul este nemișcat, iar Pământul se rotește, sau despre mișcarea perpetuă a Pământului” (scris în jurul anului 1525, publicat în 1544). Nu a făcut o mare impresie asupra contemporanilor săi, pentru că până atunci fusese deja publicată lucrarea fundamentală a astronomului polonez Nicolaus Copernic „Despre rotațiile sferelor cerești” (1543), unde ipoteza rotației zilnice a Pământul a devenit parte a sistemului heliocentric al lumii, ca Aristarh din Samos. Copernic și-a exprimat anterior gândurile într-un mic eseu scris de mână. Mic comentariu(nu mai devreme de 1515). Cu doi ani mai devreme decât lucrarea principală a lui Copernic, a fost publicată lucrarea astronomului german Georg Joachim Retik. Prima narațiune(1541), unde este expusă popular teoria lui Copernic.

În secolul al XVI-lea, Copernic a fost susținut pe deplin de astronomii Thomas Digges, Retik, Christoph Rothman, Michael Möstlin, fizicienii Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozoful Giordano Bruno, teologul Diego de Zuniga. Unii oameni de știință au acceptat rotația Pământului în jurul axei sale, respingând mișcarea sa înainte. Aceasta a fost poziția astronomului german Nicholas Reimers, cunoscut și sub numele de Ursus, precum și a filozofilor italieni Andrea Cesalpino și Francesco Patrici. Punctul de vedere al fizicianului remarcabil William Gilbert, care a susținut rotația axială a Pământului, dar nu a vorbit despre mișcarea sa de translație, nu este complet clar. La începutul secolului al XVII-lea, sistemul heliocentric al lumii (inclusiv rotația Pământului în jurul axei sale) a primit un sprijin impresionant de la Galileo Galilei și Johannes Kepler. Cei mai influenți oponenți ai ideii de mișcare a Pământului în secolul al XVI-lea și începutul secolului al XVII-lea au fost astronomii Tycho Brahe și Christopher Clavius.

Ipoteza rotației Pământului și formarea mecanicii clasice

De altfel, în secolele XVI-XVII. singurul argument în favoarea rotației axiale a Pământului a fost că în acest caz nu este nevoie să se atribuie viteze de rotație uriașe sferei stelare, deoarece chiar și în antichitate s-a stabilit deja în mod fiabil că dimensiunea Universului depășește semnificativ dimensiunea. al Pământului (acest argument a fost cuprins și de Buridan și Orem) .

Împotriva acestei ipoteze au fost exprimate argumente bazate pe ideile dinamice ale vremii. În primul rând, aceasta este verticalitatea traiectoriilor corpurilor în cădere. Au existat și alte argumente, de exemplu, raza egală de foc în direcțiile est și vest. Răspunzând la întrebarea despre neobservabilitatea efectelor rotației diurne în experimentele terestre, Copernic a scris:

Nu numai Pământul cu elementul de apă conectat cu acesta se rotește, ci și o parte considerabilă a aerului și tot ceea ce este în vreun fel asemănător cu Pământul sau cu aerul deja cel mai aproape de Pământ, saturat cu materie terestră și apoasă, urmează aceleași legi ale naturii ca Pământul sau a dobândit mișcare, care îi este comunicată de pământul alăturat în rotație constantă și fără nicio rezistență.

În acest fel, rol principalîn neobservabilitatea rotaţiei Pământului joacă antrenarea aerului prin rotaţia lui. Această opinie a fost împărtășită de majoritatea copernicienilor în secolul al XVI-lea.

Galileo Galilei.

Susținători ai infinitului Universului în secolul al XVI-lea au fost și Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrici - toți au susținut ipoteza rotației Pământului în jurul axei sale (și primii doi tot în jurul Soarelui). Christoph Rothmann și Galileo Galilei credeau că stelele sunt situate la distanțe diferite de Pământ, deși nu au vorbit în mod explicit despre infinitul Universului. Pe de altă parte, Johannes Kepler a negat infinitul Universului, deși era un susținător al rotației Pământului.

Contextul religios al dezbaterii privind rotația Pământului

O serie de obiecții la adresa rotației Pământului au fost asociate cu contradicțiile sale cu textul Sfintei Scripturi. Aceste obiecții erau de două feluri. În primul rând, unele locuri din Biblie au fost citate pentru a confirma că Soarele este cel care face mișcarea zilnică, de exemplu:

Soarele răsare și soarele apune și se grăbește la locul său unde răsare.

În acest caz, rotația axială a Pământului a fost atacată, deoarece mișcarea Soarelui de la est la vest face parte din rotația zilnică a cerului. Un pasaj din cartea lui Iosua a fost adesea citat în această legătură:

Isus a chemat pe Domnul în ziua în care Domnul i-a dat pe amoriți în mâinile lui Israel, când i-a bătut în Gabaon și au fost bătuți înaintea feței fiilor lui Israel și a zis înaintea israeliților: Oprește-te, soare. este peste Gabaon, iar luna este peste valea Avalonului.

Deoarece comanda de oprire a fost dată Soarelui, și nu Pământului, s-a concluzionat de aici că Soarele a fost cel care a făcut mișcarea zilnică. Alte pasaje au fost citate în sprijinul imobilității Pământului, cum ar fi:

Tu ai așezat pământul pe temelii solide; nu se va zgudui în vecii vecilor.

Aceste pasaje au fost considerate contrare atât noțiunii de rotație a Pământului în jurul axei sale, cât și a revoluției în jurul Soarelui.

Susținătorii rotației Pământului (în special Giordano Bruno, Johannes Kepler și mai ales Galileo Galilei) au apărat pe mai multe fronturi. În primul rând, ei au subliniat că Biblia a fost scrisă într-o limbă de înțeles oameni normali, iar dacă autorii săi ar da formulări clare din punct de vedere științific, nu și-ar putea îndeplini misiunea principală, religioasă. Astfel, Bruno a scris:

În multe cazuri, este o prostie și nepotrivit să dai multă raționament conform adevărului, mai degrabă decât conform cazului și convenabilității date. De exemplu, dacă în loc de cuvintele: „Soarele se naște și răsare, trece prin amiază și se înclină spre Aquilon”, înțeleptul a spus: „Pământul se duce în cerc spre est și, lăsând soarele care apune, se înclină spre două tropice, de la Rac la Sud, de la Capricorn la Aquilo”, apoi ascultătorii ar începe să se gândească: „Cum? Spune el că pământul se mișcă? Ce este aceasta veste? Până la urmă, l-ar fi considerat un prost, iar el chiar ar fi fost un prost.

Răspunsurile de acest fel au fost date în principal la obiecțiile referitoare la mișcarea zilnică a Soarelui. În al doilea rând, s-a remarcat faptul că unele pasaje din Biblie ar trebui interpretate alegoric (vezi articolul Alegorism biblic). Deci, Galileo a remarcat că, dacă Sfânta Scriptură este luată în întregime literal, atunci se dovedește că Dumnezeu are mâini, el este supus unor emoții precum mânia etc. În general, ideea principală a apărătorilor doctrinei mișcării al Pământului a fost că știința și religia au scopuri diferite: știința are în vedere fenomenele lumii materiale, ghidată de argumentele rațiunii, scopul religiei este îmbunătățirea morală a omului, mântuirea lui. Galileo l-a citat pe cardinalul Baronio în acest sens că Biblia învață cum să te înalți la cer, nu cum sunt făcute cerurile.

Aceste argumente au fost luate în considerare Biserica Catolica neconvingător, iar în 1616 doctrina rotației Pământului a fost interzisă, iar în 1631 Galileo a fost condamnat de curtea Inchiziției pentru apărarea sa. Cu toate acestea, în afara Italiei, această interdicție nu a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării științei și a contribuit în principal la căderea autorității Bisericii Catolice însăși.

Trebuie adăugat că argumentele religioase împotriva mișcării Pământului au fost aduse nu numai de liderii bisericii, ci și de oameni de știință (de exemplu, Tycho Brahe). Pe de altă parte, călugărul catolic Paolo Foscarini a scris un scurt eseu „Scrisoare despre părerile pitagoreenilor și lui Copernic asupra mobilității Pământului și imobilității Soarelui și asupra noului sistem pitagoreic al universului” (1615), unde și-a exprimat considerații apropiate de Galileian, iar teologul spaniol Diego de Zuniga a folosit chiar teoria lui Copernic pentru a interpreta unele pasaje din Scriptură (deși ulterior s-a răzgândit). Astfel, conflictul dintre teologie și doctrina mișcării Pământului nu a fost atât un conflict între știință și religie ca atare, ci un conflict între vechi (pentru a începutul XVII secole deja învechite) și noi principii metodologice care stau la baza științei.

Semnificația ipotezei rotației Pământului pentru dezvoltarea științei

Înțelegerea problemelor științifice ridicate de teoria Pământului în rotație a contribuit la descoperirea legilor mecanicii clasice și la crearea unei noi cosmologii, care se bazează pe ideea infinitității Universului. Discutate în timpul acestui proces, contradicțiile dintre această teorie și lectura literalistă a Bibliei au contribuit la demarcarea științei naturale și a religiei.

Note

Literatură

• L. G. Aslamazov, A. A. Varlamov, „Fizica uimitoare”, Moscova: Nauka, 1988. DJVU
• V. A. Bronshten, Sarcină dificilă, Kvant, 1989. Nr. 8, p. 17.
• A. V. Byalko, „Planeta noastră este Pământul”, M .: Nauka, 1983. DJVU
• I. N. Veselovsky, „Aristarchus din Samos – Copernic al lumii antice”, Cercetări istorice și astronomice, Vol. VII, pp.17-70, 1961. Online
• R. Grammel, „Dovezi mecanice pentru mișcarea pământului”, UFN, vol. III, nr. 4, 1923. PDF
• G. A. Gurev, „Doctrina lui Copernic și religia”, Moscova: Editura Academiei de Științe a URSS, 1961.
• G. D. Dzhalalov, „Câteva cuvinte remarcabile ale astronomilor din Observatorul Samarkand”, Cercetări istorice și astronomice, voi. IV, 1958, p. 381-386.
• A. I. Eremeeva, „Tabloul astronomic al lumii și al creatorilor săi”, M .: Nauka, 1984.
• S. V. Zhitomirsky, „Astronomie antică și orfism”, M.: Janus-K, 2001.
• I. A. Klimishin, „Astronomie elementară”, M.: Nauka, 1991.
• A. Koire, „De la lumea închisă la universul infinit”, M.: Logos, 2001.
• G. Yu. Lanskoy, „Jean Buridan și Nikolai Orem despre rotația zilnică a Pământului”, Studii în istoria fizicii și mecanicii 1995-1997, p. 87-98, M.: Nauka, 1999.
• A. A. Mikhailov, „Pământul și rotația sa”, Moscova: Nauka, 1984. DJVU
• G. K. Mikhailov, S. R. Filonovich, „Despre istoria problemei mișcării corpurilor aruncate liber pe un Pământ în rotație”, Studii în istoria fizicii și mecanicii 1990, p. 93-121, M.: Nauka, 1990. Online
• E. Mishchenko, Încă o dată despre o problemă dificilă, Kvant. 1990. Nr 11. S. 32.
• A. Pannekoek, Istoria astronomiei, Moscova: Nauka, 1966. Online
• A. Poincaré, „Despre știință”, Moscova: Nauka, 1990. DJVU
• B. E. Raikov, „Eseuri despre istoria viziunii heliocentrice asupra lumii în Rusia”, M.-L.: Academia de Științe a URSS, 1937.
• I. D. Rozhansky, „Istoria științelor naturale în epoca elenismului și a Imperiului Roman”, M .: Nauka, 1988.
• D. V. Sivukhin, „ curs general fizică. T. 1. Mecanica, M.: Nauka, 1989.
• O. Struve, B. Linds, G. Pillans, „Astronomie elementară”, M.: Nauka, 1964.
• V. G. Surdin, „Bath și legea lui Baer”, Kvant, nr. 3, p. 12-14, 2003.

Teoria lumii ca sistem geocentric a fost în mod repetat criticată și pusă la îndoială pe vremuri. Se știe că Galileo Galilei a lucrat la demonstrarea acestei teorii. Lui îi aparține sintagma care a intrat în istorie: „Și totuși se învârte!”. Dar totuși, nu el a reușit să demonstreze acest lucru, așa cum cred mulți oameni, ci Nicolaus Copernic, care în 1543 a scris un tratat despre mișcare. corpuri cereștiîn jurul soarelui. În mod surprinzător, în ciuda tuturor acestor dovezi, despre mișcarea circulară a Pământului în jurul unei stele uriașe, în teorie există încă întrebări deschise despre motivele care o motivează la această mișcare.

Motivele mutarii

Evul Mediu s-a terminat, când oamenii considerau planeta noastră nemișcată și nimeni nu-i contestă mișcările. Dar motivele pentru care Pământul se îndreaptă pe o cale în jurul Soarelui nu sunt cunoscute cu certitudine. Au fost prezentate trei teorii:

• rotație inertă;
• campuri magnetice;
• expunerea la radiația solară.

Mai sunt și alții, dar nu rezistă controlului. De asemenea, este interesant că întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul în jurul unui corp ceresc imens?”, de asemenea, nu este suficient de corectă. Răspunsul la acesta a fost primit, dar este exact numai în ceea ce privește ghidul general acceptat.

Soarele este o stea uriașă în jurul căreia se concentrează viața în sistemul nostru planetar. Toate aceste planete se mișcă în jurul Soarelui pe orbitele lor. Pământul se mișcă pe a treia orbită. Studiind întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul pe orbita sa?”, oamenii de știință au făcut multe descoperiri. Ei și-au dat seama că orbita în sine nu este ideală, așa că planeta noastră verde este situată față de Soare în puncte diferite, la distanțe diferite unul față de celălalt. Prin urmare, s-a calculat o valoare medie: 149.600.000 km.

Pământul este cel mai aproape de Soare pe 3 ianuarie și mai departe pe 4 iulie. Aceste fenomene sunt asociate următoarele concepte: cea mai mică și cea mai mare zi temporară din an, în raport cu noaptea. Studiind aceeași întrebare: „În ce direcție se rotește Pământul în ea orbita solară?”, oamenii de știință au mai făcut o concluzie: procesul de mișcare circulară are loc atât pe orbită, cât și în jurul propriei tije invizibile (axă). După ce au făcut descoperirile acestor două rotații, oamenii de știință au pus întrebări nu numai despre cauzele unor astfel de fenomene, ci și despre forma orbitei, precum și despre viteza de rotație.

Cum au determinat oamenii de știință în ce direcție se rotește Pământul în jurul Soarelui în sistemul planetar?

Imaginea orbitală a planetei Pământ a fost descrisă de un astronom și matematician german În lucrarea sa fundamentală New Astronomy, el numește orbita eliptică.

Toate obiectele de pe suprafața Pământului se rotesc cu el, folosind descrierile general acceptate ale imaginii planetare. sistem solar. Se poate spune că, observând dinspre nord din spațiu, la întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul în jurul luminii centrale?”, răspunsul va fi următorul: „De la vest la est”.

Comparând cu mișcările mâinilor în ceas - acest lucru este împotriva cursului său. Acest punct de vedere a fost acceptat cu privire la Steaua Polară. Același lucru va fi văzut de o persoană care se află pe suprafața Pământului din lateral emisfera nordică. Imaginați-vă pe o minge mișcându-se în jurul unei stele fixe, el își va vedea rotația de la dreapta la stânga. Acest lucru este echivalent cu a merge contra cronometru sau de la vest la est.

axa pământului

Toate acestea se aplică și răspunsului la întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul în jurul axei sale?” - în sensul opus ceasului. Dar dacă te imaginezi ca un observator în emisfera sudica, imaginea va arăta diferit - dimpotrivă. Dar, realizând că nu există concepte de vest și est în spațiu, oamenii de știință s-au îndepărtat de axa Pământului și de Steaua Polară, către care este îndreptată axa. Aceasta a determinat răspunsul general acceptat la întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul în jurul axei sale și în jurul centrului sistemului solar?”. În consecință, Soarele este arătat dimineața de la orizontul de la est și este ascuns de ochii noștri în vest. Este interesant că mulți oameni compară revoluțiile pământului în jurul propriei tije axiale invizibile cu rotația unui vârf. Dar, în același timp, axa pământului nu este vizibilă și este oarecum înclinată și nu verticală. Toate acestea se reflectă în formă globși orbită eliptică.

Zile siderale și solare

Pe lângă răspunsul la întrebarea: „În ce direcție se rotește Pământul în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic?” Oamenii de știință au calculat timpul de revoluție în jurul axei sale invizibile. Este 24 de ore. Interesant este că acesta este doar un număr aproximativ. De fapt, o revoluție completă este cu 4 minute mai puțin (23 ore 56 minute 4,1 secunde). Aceasta este așa-numita zi a stelelor. Considerăm o zi într-o zi solară: 24 de ore, deoarece Pământul are nevoie de încă 4 minute în fiecare zi pe orbita sa planetară pentru a reveni la locul său.