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“坐地日行八万里 巡天遥看一千河”你知道是什么原理吗?

时间:2022-04-12 23:57:12

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“坐地日行八万里 巡天遥看一千河”你知道是什么原理吗?

大家好,欢迎收看我的百家号魂清天然说,接下来我为大家讲一讲人类对于地球自转的认识。

北半球高纬地区的河流,如北时美的育空河,西伯利亚的鄂毕河,般都是顺着河水流动方向的右岸受到较大的冲刷,比左岸要显得险峻陡削,南半球则相反;定向行驶的铁路,在北半球右侧磨损较快,而南半球左侧磨损较快;因赤道热空气上升,高纬地区冷空气平移而造成的信风,按理应当是正南正北方向,但实际上北半球的信风是东北风,而南半球的信风是东南风……这些现象也都是地球自转引起的。由于不同纬度地方自转线速度不同,从赤道向两极运动的物体,不断地由地球自转线速度较快的地方来到较慢的地方。

根据惯性原理,它总“想”保持原来的速度,所以总是不断地有一种要超过当地不动物体向东运动的趋势。反过来,由两极向赤道运动的物体总是要保持较慢的东行速度,而不断落在不动物体的后面,形成向西运动的趋势。这就是运动物体受到的偏转力:在北半球偏向右侧,在南半球偏向左侧。对于沿东西方向运动的物体,同样有偏转力的作用。前面已经说过,地球自转的离心力与地心引力的合力是在椭球形地面的垂直方向,物体压向地面的重力和地面承托物体的力正好平衡。如果物体由西向东运动,就等于增加了绕地轴转动的速度,加大了离心力,改变了原来的受力状况:多出的离心力在垂直方向的分力使物体重量进一步减轻;在水平方向的分力使物体有沿地面向赤道运动的趋势——在北半球是向右,在南半球是向左。同样的道理自东向西运动的物体,重量有所增加,并产生向两极运动的趋势一一也是北半球向右,南半球向左。任何一个方向的运动,都可以看作是南北和东西两个方向的合成运动,都要受到向右(在北半球)或向左(在南半球)偏转的力。只有沿赤道运动的物体,只发生重量变化而不受偏转力的作用。

因为地球自转角速度很小,偏转力的作用是很微弱的。人在走路时,从来也不会不自觉的偏到一边去,只有在长时间积累的条件下,如河流冲刷、铁轨磨损和信风改向等现象中才能看得出来,虽然不甚明显,却印下了地球自转的痕迹。

如果地球不自转,物体从高处自由下落,应当垂直地落向地面。现在地球是转动的,物体在高空距离地心比较远,自转线速度比地面快,当它落向地面时,按照惯性仍然保持着原来的自转速度,就要比地面上不动物体东行一段距离,这就是落体东偏的现象。物体下落的地方越高,当地纬度越低,东偏的距离就越大。如在北京的纬度上,从60米高处落下的物体,应当东偏8毫米。曾经有人在很深的矿井里,做成这个试验,得出的数据同理论相当符合,说明了地球确在自转。佛科摆是证明地球自转的又一个著名的例子。重物用绳子吊着让它自由的摆来摆去,如果地球不自转,摆锤只受到重力的作用摆动平面应当永远保持不变。但由于地球自转,上面已经说过任何运动物体都要受向右(在北半球)或向左(在南半球)偏转的力。在这种力的作用下,摆动平面就会向右或向左转动起来,在纬度越高的地方,这种转动的角速度越快,在北京的纬度上,每小时转过9°·6,约30多小时转一圈。

普通的单摆无法试验这种现象,因为在它的偏转还未被察觉以前,摆动就已经停止了。如果把摆的重量加大绳子拉得很长使摆动周期变慢,空气阻力减少。摆动时间延长,是可以做成这个试验的。法国人佛科最先想出这个办法并当众试验成功,所以叫它佛科摆。

平稳而缓慢的地球自转,在地球本身范围之内,很难察觉。但只要仰观天空,与地球以外的日月星辰一相比较,就很容易显现出来。太阳、月亮东升西落,夜空闪烁的星星也在天幕上自东至西缓缓行过这就是地球自转的反映。在古代,人们往往从大地是静止的这一直观经验出发,以为天空像一个巨大的水晶球,日月星辰嵌镶在上面,在头顶上旋转。只有少数杰出的思想家,提出过地动概念。如我国《尸子》一书中载有“天左舒而起牵牛,地右辟而起毕卯”,认为地同天反向而互相旋转。西汉末年的《尚书纬·考灵曜》一书生动的比喻“地恒动不止而人不知,譬如人在大舟中,闭牖(即窗户)而坐舟行不觉也”。

这些光辉的思想,因受历史条件的限制未能进一步阐发和证明。1543年,哥白尼发表了地球自转并与其他行星一起绕太阳公转的学说,以后又经过许多人的艰苦劳动与斗争。,取得彻底胜利,究竟是天旋还是地转的问题才得出了明确的结论。自然界也总是不断发展的,永远不会停止在一个水平上,任何绝对不变的事物是不存在的。由于地球本身的各种变化,加上来自其它天体的外部影响,在几十亿年的地球历史上以及今后漫长的岁月中,地球自转的规律也不会是一成不变的。现代科学已经发现,不仅地球自转的速度并不平稳,地球自转轴在地球体内的位置也就是南北两极在地球表面上的位置也在经常变化一当然变化的数量是很微小的。古生物研究有一些证据表明,远古时代寒温各带的分布与现代不同,是否地球的南北两极有过大规模的搬迁?在古珊瑚化石身上还找到了证明三亿年前地球自转圈比现在快一、两个小时的痕迹。

二十世纪以来,人们已开始用天文观测来监视地球自转的变化情况:测量地面经纬度的微小变更推算地极移动;测量月亮位置,以地球公转周期为基准,考察地球自转是不是长期减慢;用高稳定度的计时仪器—石英钟和原子钟对比地球自转快慢的变化。近年来又开始试验用激光射束测定月亮和人造卫星到地面的精确距离,用从遥远天体辐射来的无线电波形成干涉的办法等现代技术,进行地球自转变化的观测研究。由此可见,随着现代科技术的飞跃发展,观测资料的大量积累观测精度的逐步提高,使人类对于地球自转的认识必将越来越深刻。

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