- День змінює ніч.
- Земля робить повний оборот за 23 години та 57 хвилин.
- Якщо дивитись із Північного полюса, то планета обертається проти годинникової стрілки.
- Кут обертання складає 15 градусів на годину і у будь-якій точці Землі однаковий.
- Лінійна швидкість обертів на всій території планети неоднорідна. На полюсах вона дорівнює нулю і з наближенням до екватора збільшує показники. На екваторі швидкість обертання становить приблизно 1668 км/год.
Важливо! Швидкість руху з кожним роком зменшується на 3 мілісекунди. Фахівці пов'язують цей факт із тяжінням Місяця. Впливаючи на припливи і відливи, супутник ніби тягне себе воду в протилежну від руху Землі бік. Створюється ефект тертя дні океанів, і планета трохи сповільнює хід.
Обертання планети навколо Сонця
Наша планета п'ята за величиною та третя за віддаленістю від Сонця. Вона сформувалася із елементів сонячної туманності близько 4,55 млрд років тому. У процесі становлення Земля набула форми неправильної кулі і встановила свою унікальну орбіту довжиною понад 930 млн км, якою рухається навколо великої зірки з приблизною швидкістю - 106000 км/год. Повний оборот навколо Сонця вона здійснює протягом року, якщо бути точніше, то за 365,2565 дня. Дослідники відзначають, що орбіта планети, що рухається, не ідеально кругла, а має форму еліпса. Коли середня відстань до зірки становить 151 млн. км, то при обороті навколо неї віддаленість зростає до 5,8 млн. км.Важливо! Астрономи називають далеку від Сонця точку орбіти Афелій, і планета проходить її наприкінці червня. Ближню – Перигелій, і ми проходимо її разом із планетою наприкінці грудня.Неправильна форма орбіти впливає і швидкість, з якою Земля рухається. Влітку вона досягає свого мінімуму і становить 29,28 км/с, а подолавши точку Афелія, планета починає пришвидшуватися. Досягнувши максимальної швидкості 30,28 км/с на межі Перигелія, космічне тіло уповільнює свій хід. Такий цикл Земля проходить нескінченно, і від точності дотримання траєкторії залежить життя планети.
Важливо! При більш уважному вивченні руху Землі орбітою астрономи враховують додаткові щонайменше важливі чинники: тяжіння всіх небесних тіл Сонячної системи, вплив інших зірок і характер обертання Місяця.
Чергування пір року
Здійснюючи оборот навколо Сонця, Земля рухається у напрямку із заходу Схід. Під час своєї подорожі це небесне тілоне змінює кут нахилу, тому певному ділянці орбіти вона повністю звернена якийсь однією стороною. Цей період на планеті сприймається живим світом як літо, а на необерненому до Сонця стороні в цей час року пануватиме зима. Завдяки постійному руху планети відбувається зміна сезонів.Важливо! Два рази на рік на обох півкулях планети встановлюється відносно однаковий сезонний стан. Земля тим часом повернута до Сонця в такий спосіб, що його рівномірно висвітлює її поверхню. Це відбувається восени та навесні в дні рівнодення.
Високосний рік
Відомо, що планета здійснює повний оберт навколо осі не за 24 години, як прийнято вважати, а за 23 години та 57 хвилин. У той же час коло по орбіті вона робить за 365 днів та 6,5 години. Згодом годинник підсумовується і таким чином з'являється ще одна доба. Вони накопичуються кожні чотири роки та відзначаються у календарі 29 лютого. Рік, в якому є додатковий 366 день називається високосним.Важливо! На обертання Землі впливає її супутник – Місяць. Під її гравітаційним полем обертання планети поступово сповільнюється, що з кожним століттям збільшує довжину доби на 0,001 с.
Дистанція між нашою планетою та Сонцем
Під час руху Землі навколо Сонця між ними виникає відцентрова сила. Вона має суперечливий характер та відштовхує планету від зірки. Однак планета обертається, не змінюючи швидкості, перпендикулярної швидкості падіння, що відхиляє її орбіту від напрямку до Сонця. Ця особливість руху космічних тіл перешкоджає падінню на Сонці та віддаленню убік геть від Сонячної системи. Таким чином, Земля рухається чіткою траєкторією своєї орбіти. Ще в 16 столітті великий Микола Коперник визначив, що Земля - не центр Всесвіту, а лише обертається навколо Сонця. Зараз дослідники значно просунулися у знаннях та розрахунках, проте вплинути на траєкторію обертання та характер самого світила не в змозі. Наша планета завжди була частиною Сонячної системи, і від того, на якій відстані ми знаходимося від її центру та як ми рухаємось щодо зірки, залежить життя на планеті. Щоб краще засвоїти тему, дивіться також пізнавальне відео.Наша планета постійно рухається:
- обертання навколо своєї осі, рух навколо Сонця;
- обертання разом із Сонцем навколо центру нашої галактики;
- рух щодо центру Місцевої групи галактик та інші.
Рух Землі навколо своєї осі
Обертання Землі навколо осі(Рис. 1). За земну вісь приймають уявну лінію, навколо якої обертається. Ця вісь відхилена на 23°27" від перпендикуляра до площини екліптики. Земна вісь перетинається із земною поверхнею в двох точках - полюсах - Північному і Південному. Якщо дивитися з Північного полюса, то обертання Землі відбувається проти годинникової стрілки або, як прийнято вважати, з Заходу на схід. Повний оборот навколо осі планета здійснює за одну добу.
Мал. 1. Обертання Землі навколо своєї осі
Доба - одиниця виміру часу. Виділяють зоряну та сонячну добу.
Зоряна доба- Це проміжок часу, протягом якого Земля обернеться навколо осі по відношенню до зірок. Вони дорівнюють 23 год 56 хв 4 с.
Сонячна доба- Це проміжок часу, протягом якого Земля обернеться навколо своєї осі по відношенню до Сонця.
Кут повороту нашої планети навколо осі на всіх широтах однаковий. За одну годину кожна точка на Землі пересувається на 15° від її початкового становища. Але при цьому швидкість руху перебуває у зворотному пропорційній залежності від географічної широти: на екваторі вона дорівнює 464 м/с, а на широті 65°-тільки 195 м/с.
Обертання Землі навколо осі в 1851 р. довів у своєму досвіді Ж. Фуко. У Парижі — у Пантеоні під куполом повісили маятник, а під ним коло із поділками. При кожному наступному русі маятник опинявся нових поділах. Це може статися лише в тому випадку, якщо поверхня Землі під маятником повертається. Положення площини хитання маятника на екваторі не змінюється, тому що площина збігається з меридіаном. Осьове обертання Землі має важливі географічні наслідки.
При обертанні Землі виникає відцентрова сила, що грає важливу рольу формуванні форми планети та зменшує силу тяжіння.
Ще одним з найважливіших наслідків осьового обертання є утворення поворотної сили. сили Коріоліса.У ХІХ ст. вона була вперше розрахована французьким ученим у галузі механіки Г. Коріолісом (1792-1843). Це з сил інерції, введених для обліку впливу обертання рухомий системи відліку на відносний рух матеріальної точки. Її ефект коротко можна виразити так: будь-яке тіло, що рухається, в Північній півкулі відхиляється вправо, а в Південній — вліво. На екваторі сила Коріоліса дорівнює нулю (рис. 3).
Мал. 3. Дія сили Коріоліса
Дія сили Коріоліса поширюється на багато явищ географічної оболонки. Її відхиляючий ефект особливо помітний у напрямі руху повітряних мас. Під впливом відхиляючої сили обертання Землі вітри помірних широт обох півкуль приймають переважно західний напрямок, а тропічних широтах — східний. Аналогічний прояв сили Коріоліса виявляється у напрямку руху океанічних вод. З цією силою пов'язана і асиметрія річкових долин (правий берег зазвичай високий у Північній півкулі, у Південній — лівий).
Обертання Землі навколо своєї осі призводить також до переміщення сонячного освітлення земною поверхнею зі сходу на захід, тобто до зміни дня і ночі.
Зміна дня та ночі створює добову ритмічність у живій та неживій природі. Добовий ритм тісно пов'язаний зі світловими та температурними умовами. Добре відомий добовий перебіг температури, денний та нічний бризи тощо. одні тварини активні вдень, інші вночі. Життя людини теж протікає у добовому ритмі.
Ще один наслідок обертання Землі навколо своєї осі — різниця в часі різних точкахпланети.
З 1884 був прийнятий поясний рахунок часу, тобто всю поверхню Землі розділили а 24 часових пояси по 15 ° кожен. За поясний часприймають місцеве час середнього меридіана кожного пояса. Час сусідніх часових поясів відрізняється однією годину. Кордони поясів проведені з урахуванням політичних, адміністративних та господарських кордонів.
Нульовим поясом вважається Грінвічський (за назвою Грінвічської обсерваторії під Лондоном), який проходить по обидва боки від нульового меридіана. Час нульового, або початкового, меридіана вважається Світовим часом.
Меридіан 180° прийнято за міжнародну лінію виміру дат- умовна лінія на поверхні земної кулі, по обидва боки від якої годинник і хвилина збігаються, а календарні дати відрізняються на одну добу.
Для раціональнішого використання влітку денного світла 1930 р. нашій країні було введено декретний час,випереджаюче поясне на годину. Для цього стрілки годинника були переведені на одну годину вперед. У зв'язку з цим Москва, перебуваючи у другому часовому поясі, живе за часом третього часового поясу.
З 1981 р. у період із квітня по жовтень час переводять на одну годину вперед. Це так зване літній час.Воно вводиться задля економії електроенергії. Влітку Москва випереджає поясний час на дві години.
Час часового поясу, в якому розташована Москва, московське.
Рух Землі навколо Сонця
Обертаючи навколо своєї осі, Земля одночасно рухається навколо Сонця, обходячи коло за 365 діб 5 год 48 хв 46 с. Цей період називається астрономічний рік.Для зручності вважається, що у році 365 днів, а через кожні чотири роки, коли з шостої години «накопичаться» 24 години, у році буває не 365, а 366 днів. Такий рік називається високосний,а один день додають до лютого.
Шлях у просторі, яким Земля рухається навколо Сонця, називається орбітою(Рис. 4). Орбіта Землі має форму еліпса, тому відстань від Землі до Сонця який завжди. При знаходженні Землі в перигелії(Від грец. peri- біля, біля і helios- Сонце) - найближчої до Сонця точки орбіти - 3 січня відстань дорівнює 147 млн км. У Північній півкулі у цей час зима. Найбільша відстань від Сонця до афелії(Від грец. аро- далеко від і helios- Сонце) – найбільшій відстані від Сонця – 5 липня. Воно дорівнює 152 млн км. У цей час у Північній півкулі літо.
Мал. 4. Рух Землі навколо Сонця
Річний рух Землі навколо Сонця спостерігають за безперервною зміною положення Сонця на небі - змінюються південна висота Сонця та положення його сходу та заходу, змінюється тривалість світлої та темної частин доби.
При русі орбітою напрям земної осі не змінюється, вона завжди спрямована у бік Полярної зірки.
Внаслідок зміни відстані від Землі до Сонця, а також завдяки нахилу земної осі до площини її руху навколо Сонця на Землі спостерігається нерівномірний розподіл сонячної радіації протягом року. Так відбувається зміна пір року, яка характерна для всіх планет, у яких нахил осі обертання до площини її орбіти. (екліптики)відрізняється від 90 °. Орбітальна швидкість планети в Північній півкулі вища зимовий часі менше у літнє. Тому зимове півріччя триває 179, а літнє – 186 діб.
Внаслідок руху Землі навколо Сонця та нахилу земної осі до площини її орбіти на 66,5° на нашій планеті спостерігається не лише зміна пір року, а й зміна тривалості дня та ночі.
Обертання Землі навколо Сонця та зміна пір року на Землі показані на рис. 81 (дні рівнодення та сонцестояння відповідно до пори року в Північній півкулі).
Лише двічі на рік — у дні рівнодення тривалість дня й ночі по всій Землі практично однакова.
рівнодення— момент часу, коли центр Сонця при своєму видимому річному переміщенні екліптикою перетинає небесний екватор. Виділяють весняне та осіннє рівнодення.
Нахил осі обертання Землі навколо Сонця у дні рівнодень 20-21 березня і 22-23 вересня виявляється нейтральним стосовно Сонцю, а звернені щодо нього ділянки планети рівномірно освітлені від полюса до полюса (рис. 5). Сонячні промені на екваторі падають прямовисно.
Найдовший день і найкоротша ніч спостерігаються у день літнього сонцестояння.
Мал. 5. Висвітлення Землі Сонцем у дні рівнодення
Сонцестояння- момент проходження центром Сонця точок екліптики, найбільш віддалених від екватора (точок сонцестояння). Розрізняють літнє та зимове сонцестояння.
У день літнього сонцестояння 21-22 червня Земля посідає таке становище, у якому північний кінець її осі нахилений у бік Сонця. І промені падають прямовисно не на екватор, а на північний тропік, широта якого дорівнює 23°27" Цілодобово освітленими виявляються не тільки приполюсні райони, а й простір за ними до широти 66°33" (Полярний круг). У Південній півкулі в цей час освітленою виявляється лише та його частина, яка лежить між екватором та південним Полярним колом (66°33"). За ним у цей день земна поверхня не висвітлюється.
В день зимового сонцестояння 21-22 грудня все відбувається навпаки (рис. 6). Сонячні промені вже прямо падають на південний тропік. Висвітленими у Південній півкулі виявляються ділянки, що лежать не лише між екватором та тропіком, а й навколо Південного полюса. Таке становище триває до дня весняного рівнодення.
Мал. 6. Висвітлення Землі у день зимового сонцестояння
На двох паралелях Землі в дні сонцестояння Сонце опівдні знаходиться прямо над головою спостерігача, тобто в зеніті. Такі паралелі називаються тропіками.На Північному тропіці (23° пн.ш.) Сонце стоїть у зеніті 22 червня, на Південному тропіці (23° пд.ш.) – 22 грудня.
На екваторі день завжди дорівнює ночі. Кут падіння сонячних променів на земну поверхню та тривалість дня там змінюються мало, тому зміна пір року не виражена.
Полярні колачудові тим, що є межами областей, де бувають полярні дні та ночі.
Полярний день- Період, коли Сонце не опускається за горизонт. Що далі від Полярного кола біля полюса, то довше полярний день. На широті Полярного кола (66,5°) він триває лише добу, але в полюсі — 189 діб. У Північній півкулі на широті північного Полярного кола полярний день спостерігається 22 червня — у день літнього сонцестояння, а Південній півкулі на широті південного Полярного кола — 22 грудня.
Полярна нічтриває від однієї доби на широті Полярних кіл до 176 діб на полюсах. Під час полярної ночі Сонце не з'являється над обрієм. У Північній півкулі на широті північного Полярного кола це явище спостерігається 22 грудня.
Не можна не відзначити такого чудового явища природи, як білі ночі. Білі ночі— це світлі ночі на початку літа, коли вечірня зоря сходиться з ранкової і всю ніч триває сутінки. Спостерігаються вони в обох півкулях на широтах, що перевищують 60°, коли центр Сонця опівночі опускається за горизонт лише на 7°. У Санкт-Петербурзі (близько 60° пн.ш.) білі ночі продовжуються з 11 червня по 2 липня, в Архангельську (64° пн.ш.) - з 13 травня по 30 липня.
Сезонний ритм у зв'язку з річним рухом насамперед позначається на освітленості земної поверхні. Залежно від зміни висоти Сонця над горизонтом Землі виділяють п'ять поясів освітленості.Спекотний пояс лежить між Північним та Південним тропіками (тропіком Рака та тропіком Козерога), займає 40 % земної поверхні та відрізняється найбільшою кількістютепла, що приходить від Сонця. Між тропіками та Полярними колами в Південній та Північній півкулях знаходяться помірні пояси освітленості. Тут уже виражені сезони року: чим далі від тропіків, тим коротше і прохолодніше літо, тим довша і холодніша зима. Полярні пояси у Північній та Південній півкулях обмежені Полярними колами. Тут висота Сонця над горизонтом протягом року низька, тож кількість сонячного тепла мінімальна. Для полярних поясів характерні полярні дні та ночі.
Залежно від річного руху Землі навколо Сонця знаходяться не тільки зміна пір року і пов'язана з ними нерівномірність освітленості земної поверхні по широтах, а й значна частина процесів у географічній оболонці: сезонна зміна погоди, режим річок та озер, ритміка в житті рослин та тварин, види та строки сільськогосподарських робіт.
Календар.Календар- Система обчислення тривалих проміжків часу. У основі цієї системи лежать періодичні явища природи, пов'язані з рухом небесних світил. У календарі використовують астрономічні явища - зміну пір року, дня і ночі, зміна місячних фаз. Перший календар був єгипетський, створений у IV ст. до зв. е. З 1 січня 45 р. Юлій Цезар ввів Юліанський календар, яким користується досі православна церква. Внаслідок того, що тривалість юліанського року більша за астрономічний на 11 хв 14 с, до XVI ст. накопичилася «помилка» у 10 діб — день весняного рівнодення наставав не 21 березня, а 11 березня. Ця помилка була виправлена у 1582 р. указом Папи Римського Григорія XIII. Рахунок днів був пересунутий на 10 діб уперед, і день після 4 жовтня наказувалося вважати п'ятницею, але не 5, а 15 жовтня. День весняного рівнодення знову повернули на 21 березня, і календар став називатися Григоріанським. Він був введений в Росії в 1918 р. Однак він також має ряд недоліків: неоднакова тривалість місяців (28, 29, 30, 31 день), нерівність кварталів (90, 91, 92 дні), неузгодженість чисел місяців по днях тижня.
Рух навколо осі обертання одна із найпоширеніших видів переміщення об'єктів у природі. У цій статті цей тип руху розглянемо з погляду динаміки та кінематики. Також наведемо формули, що пов'язують основні фізичні величини.
Про який рух йтиметься?
У буквальному сенсі мова йтиме про переміщення тіл по колу, тобто про їхнє обертання. Яскравим прикладом такого руху є обертання колеса автомобіля чи велосипеда під час переміщення транспортного засобу. Обертання навколо своєї осі фігуриста, що виконує складні піруети на льоду. Або обертання нашої планети навколо Сонця та навколо власної, похилої до площини екліптики, осі.
Як ви можете бачити, важливим елементомРозглянутого типу руху є вісь обертання. Кожна точка тіла довільної форми здійснює навколо неї кругові рухи. Відстань від точки до осі називають радіусом обертання. Від його значення залежить багато властивостей всієї механічної системи, наприклад момент інерції, лінійна швидкість та інші.
Якщо причиною лінійного поступального переміщення тіл у просторі є зовнішня сила, що діє на них, то причиною руху навколо осі обертання є зовнішній момент сили. Ця величина описується як вектор добуток сили F на вектор відстані від точки її докладання до осі r, тобто:
Дія моменту M приводить до появи кутового прискорення в системі. Обидві величини пов'язані один з одним через деякий коефіцієнт I наступною рівністю:
Розмір I називається моментом інерції. Він залежить як від форми тіла, так і від розподілу маси всередині нього та від відстані до осі обертання. Для матеріальної точки він обчислюється за такою формулою:
Якщо зовнішній дорівнює нулю, система зберігає свій момент імпульсу L¯. Це ще одна векторна величина, яка, згідно з визначенням, дорівнює:
Тут p - імпульс лінійний.
Закон збереження моменту L¯ прийнято записувати у такому вигляді:
Де ω – швидкість кутова. Про неї йтиметься далі у статті.
Кінематика обертання
На відміну від динаміки, цей розділ фізики розглядає виключно практичні важливі величини, пов'язані зі зміною часу становища тіл у просторі. Тобто об'єктом вивчення кінематики обертання є швидкості, прискорення та кути повороту.
Для початку введемо кутову швидкість. Під нею розуміють кут, який тіло здійснює поворот за одиницю часу. Формула для миттєвої кутової швидкості має вигляд:
Якщо за однакові проміжки часу тіло здійснює повороти на рівні кути, обертання називають рівномірним. Для нього справедлива формула для середньої кутової швидкості:
Вимірюється в радіанах в секунду, що в системі СІ відповідає зворотним секундам (з -1).
У разі нерівномірного обертання використовують поняття кутового прискорення. Воно визначає швидкість зміни у часі величини ω, тобто:
α = dω/dt = d 2 θ/dt 2
Вимірюється в радіанах в секунду квадратну (в СІ - з -2).
Якщо тіло спочатку оберталося рівномірно зі швидкістю 0, а потім почало збільшувати свою швидкість з постійним прискоренням α, тоді такий рух можна описати наступною формулою:
θ = ω 0 *t + α*t 2 /2
Ця рівність утворюється при інтегруванні за часом рівнянь кутової швидкості. Формула для θ дозволяє розрахувати число оборотів, яке зробить система навколо осі обертання протягом t.
Лінійна та кутова швидкості
Обидві швидкості пов'язані один з одним. Коли говорять про швидкість обертання навколо осі, можуть мати на увазі як лінійну, так і кутову характеристику.
Припустимо, що деяка матеріальна точкаобертається навколо осі з відривом r зі швидкістю ω. Тоді її лінійна швидкість v дорівнюватиме:
Різниця між лінійною та кутовою швидкістю є суттєвою. Так, при рівномірному обертанні від відстані до осі не залежить, величина ж v лінійно зростає зі збільшенням r. Останній факт пояснює, чому зі збільшенням радіуса обертання складніше утримувати тіло на кругової траєкторії (збільшується його лінійна швидкість і, як наслідок, інерційні сили).
Завдання на обчислення швидкості обертання навколо осі Землі
Кожен знає, що наша планета в Сонячній системі здійснює два види обертального руху:
- навколо своєї осі;
- навколо зірки.
Обчислимо швидкості і для першого з них.
Кутову швидкість визначити не складно. Для цього пригадаємо, що повний оборот, що дорівнює 2*pi радіан, планета здійснює за 24 години (точне значення 23 год 56 хв. 4,1 сек.). Тоді значення буде дорівнювати:
ω = 2*pi/(24*3600) = 7,27*10 -5 рад/с
Розраховане значення невелике. Покажемо тепер, як сильно абсолютна величина відрізняється від такої для v.
Розрахуємо лінійну швидкість v для точок, що лежать на поверхні планети, на широті екватора. Оскільки Земля є сплюснутою кулею, то екваторіальний радіус трохи більший за полярний. Він складає 6378 км. Користуючись формулою зв'язку двох швидкостей, отримуємо:
v = ω*r = 7,27*10 -5 *6378000 ≈ 464 м/с
Отримана швидкість дорівнює 1670 км/год, що більша за швидкість звуку в повітрі (1235 км/год).
Обертання Землі навколо своєї осі призводить до появи так званої коріолісової сили, яку слід враховувати при польоті. балістичних ракет. Також вона є причиною багатьох атмосферних явищ, наприклад, відхилення напрямку вітрів пасатів на захід.
17.03.11 15:54
Ви коли-небудь задавалися питанням щодо того, як швидко Земля обертається навколо своєї осі і як нам вдається стійко ходити по Землі, незважаючи на те, що швидкість її обертання все-таки не маленька? Почнемо з того, що Земля має силу тяжіння, яка й утримує нас на ній, а величезна інерція Землі не дозволяє нам відчувати обертання! Ця стаття допоможе нам з'ясувати, яка швидкість Землі навколо своєї осі, а також розповість нам, як швидко Земля обертається навколо Сонця.
Коли ми говоримо про швидкість Землі, ми повинні мати на увазі, що швидкість величина відносна і тому завжди вимірюється в порівнянні з іншим відносним об'єктом. Це означає, що рух може бути виміряний лише, коли є контрольна точка. Наприклад, швидкість Землі може бути обчислена тільки щодо власної осі, Чумацького шляху, Сонячної Системи, навколишніх астрономічних об'єктів чи Сонця. Тож з'ясування, наприклад, швидкості обертання Землі навколо Сонця доводиться використовувати спеціальні Астрономічні Одиниці. Землі потрібно один рік або 365 днів, щоб пройти один оберт навколо Сонця. По своїй орбіті навколо Сонця Земля проходить 150 мільйонів кілометрів. Отже, Земля обертається довкола Сонця зі швидкістю приблизно 30 км/сек.
Земля робить повний оберт навколо осі за 23 години 56 хвилин і 04,09053 секунди, цей час приблизно і взято за тривалість доби - 24 години. Земна вісь - уявна лінія, яка проходить через центр Землі, Північний та Південний полюси. Щоб зрозуміти, як швидко обертається Земля, ми повинні з'ясувати, з якою швидкістю обертається Земля на екваторі. Для цього нам необхідно знати довжину кола Землі на екваторі, що становить 40 070 км. Тепер просто розділивши довжину кола екватора на тривалість доби, ми отримаємо швидкість обертання землі навколо своєї осі:
Якщо ви хочете знайти розклад електричок в Єкатеринбурзі, то сайт наших партнерів піде Вам на користь.
40070км/24ч = 1674,66 км/год
Величина 1674,66 км/год - відповідь на питання, з якою швидкістю Земля обертається навколо осі на екваторі. Однак, цю швидкість не можна розглянути як константу, оскільки швидкість обертання у різних місцях відрізняється. Швидкість змінюється в залежності від місця розташування точки земної поверхні, тобто на якій відстані ця точка знаходиться від екватора. Вся справа в тому, що на екваторі довжина кола Землі найбільша, і, отже, перебуваючи на екваторі, ви разом із земною поверхнею за 24 години проходите навколо Земної осі найбільшу відстань. Однак, наближаючись до Північного полюса, довжина кола земної поверхні зменшується, і Ви разом із Землею проходите за 24 години меншу відстань.
В ідеальному випадку швидкість обертання на Північному та Південному полюсах падає до нуля! Таким чином, швидкість обертання Землі навколо своєї осі залежить від широтного розташування місця. Найбільша швидкість на екваторі, потім вона зменшується з наближенням до Північного чи Південного полюса. Наприклад, швидкість обертання Землі на Алясці становить лише 570 км на годину! У середніх широтах швидкість обертання досягає середнього значення. Наприклад, у таких місцях, як Нью-Йорк та Європа, швидкість обертання Землі становить приблизно 1125 -1450 км/год.
Ми сподіваємося, що тепер Ви стали більш обізнані з питанням, наскільки швидко Земля обертається навколо своєї осі. Щоб обчислити довжину коло землі в тому місці, де Ви знаходитесь, Вам просто потрібно визначити косинус кута своєї широти, яка, як відомо, задається в кутах, просто уважніше погляньте на карту. Потім треба помножити цю величину на довжину кола Землі на екваторі, щоб отримати довжину кола на вашій широті. Розділивши довжину кола на 24 (кількість годин на добу) Ви отримаєте швидкість обертання Землі навколо своєї осі в тому місці, де Ви знаходитесь.
V = (R e R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e)) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2) \ varphi ))) \ right) \ omega )
, де R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 км – екваторіальний радіус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 км – полярний радіус.- Літак, що летить із цією швидкістю зі сходу на захід (на висоті 12 км: 936 км/год на широті Москви, 837 км/год на широті Санкт-Петербурга) в інерційній системі відліку буде спочивати.
- Суперпозиція обертання Землі навколо осі з періодом в одну зіркову добу та навколо Сонця з періодом в один рік призводить до нерівності сонячної та зоряної доби: довжина середньої сонячної добискладає рівно 24 години, що на 3 хвилини 56 секунд довше за зоряну добу.
Фізичний зміст та експериментальні підтвердження
Фізичний сенс обертання Землі навколо осі
Оскільки будь-який рух є відносним, необхідно вказувати конкретну систему відліку, щодо якої вивчається рух того чи іншого тіла. Коли кажуть, що Земля обертається навколо осі, мається на увазі, що вона робить обертальний рухщодо будь-якої інерційної системи відліку, причому період цього обертання дорівнює зоряним добам - періоду повного обороту Землі (небесної сфери) щодо небесної сфери (Землі).
Всі експериментальні докази обертання Землі навколо осі зводяться до доказу того, що система відліку, пов'язана із Землею, є неінерційною системою відліку спеціального виду- Системою відліку, що здійснює обертальний рух щодо інерційних систем відліку .
На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку) для виявлення неінерційного руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, вироблених усередині цієї лабораторії). У цьому значенні слова неінерційний рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названий абсолютним.
Сили інерції
Ефекти відцентрової сили
Залежність прискорення вільного падіння географічної широти.Експерименти показують, що прискорення “вільного” падіння залежить від географічної широти: чим ближче до полюса, тим воно більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань r (\displaystyle r)від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили та площиною горизонту зменшується, що призводить до зменшення вертикальної компоненти відцентрової сили.
Це явище було відкрито в 1672 році, коли французький астроном Жан Ріше, перебуваючи в експедиції в Африці, виявив, що у екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж у Парижі. Ньютон невдовзі пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний. квадратного кореняіз прискорення вільного падіння, яке зменшується на екваторі через дію відцентрової сили.
Сплюснутість Землі.Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутості Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном наприкінці XVII століття, було вперше виявлено П'єром-де-Мопертюї наприкінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми в Перу (під керівництвом П'єра-Бугера і Шарля-на-Шарля ) і Лапландію (під керівництвом Алексіса Клеро і самого Мопертюї).
Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти
Найбільш чітко цей ефект має бути виражений на полюсах, де період повного повороту площини маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряної доби). У випадку, період назад пропорційний синусу географічної широти , на екваторі площину коливань маятника незмінна.
Гіроскоп- тіло, що обертається, зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних обурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко не на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а отже, повільно повертався щодо спостерігача.
Відхилення снарядів при гарматній стрільбі.Іншим спостерігається проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (у північній півкулі вправо, в південній - вліво), що вистрілюються в горизонтальному напрямку. З точки зору інерційної системи відліку, для снарядів, що вистрілюються вздовж меридіана, це пов'язано з залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінної, в той час як лінійна швидкість обертання що призводить до зміщення снаряда від меридіана у бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язане з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, тоді як точки земної поверхні рухаються в площині перпендикулярної осі обертання Землі. Цей ефект (для випадку стрілянини вздовж меридіана) було передбачено Гримальді у 40-х роках XVII ст. і вперше опубліковано Річчолі у 1651 р.
Відхилення тіл, що вільно падають, від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса спрямована на схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерційній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина вежі щодо центру Землі рухається швидше, ніж основа, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузькою параболою і тіло злегка випереджає основу вежі.
Ефект Етвеша.На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована у вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, залежно від того, чи тіло рухається на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша на честь угорського фізика Лоранда Етвёша, який експериментально виявив його на початку XX століття.
Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу.Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерційній системі відліку величина моменту імпульсу (рівна добутку моменту інерції на кутову швидкість обертання) під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо деякий початковий момент часу установка нерухома щодо Землі, то швидкість її обертання щодо інерційної системи відліку дорівнює кутовий швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, має змінитися кутова швидкість її обертання, тобто почнеться обертання щодо Землі. У неінерційній системі відліку, пов'язаної із Землею, обертання виникає внаслідок дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким ученим Луї Пуансо в 1851 р.
Перший такий експеримент був поставлений Хагеном в 1910: два вантажі на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла у обертання. Ще наочніший досвід поставив німецький учений Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 р. Стрижень довжиною приблизно 1,5 метра був встановлений перпендикулярно до прямокутної рамки. Спочатку стрижень був горизонтальний, установка була нерухомою щодо Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в 10 4 разів та її швидкого обертання з кутовою швидкістю, що у 10 4 разів перевищує швидкість обертання Землі.
Вирва у ванні.
Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона дуже мало впливає на напрям закручування води при зливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрям обертання у вирві не пов'язаний з обертанням Землі. Тільки в ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: у північній півкулі вирва буде закручена проти годинникової стрілки, у південній - навпаки.
Ефекти сили Коріоліса: явища у навколишній природі
Оптичні експерименти
В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевий інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз
?де A (\displaystyle A)- площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну до осі обертання), c (\displaystyle c)- швидкість світла , ω (\displaystyle \omega)- Кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект був використаний американським фізиком Майкельсоном у серії експериментів, поставлених у 1923–1925 роках. У сучасних експериментах, які використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.
Існує низка інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.
Нерівномірність обертання
Прецесія та нутація
Історія ідеї добового обертання Землі
Античність
Пояснення добового обертання небосхилу обертанням Землі навколо осі вперше було запропоновано представниками піфагорійської школи, сиракузянами Гікет і Екфантом. Згідно з деякими реконструкціями, обертання Землі стверджував також піфагорієць Філолай з Кротона (V століття до н. Е..). Висловлювання, яке можна трактувати як вказівку на обертання Землі, міститься у Платонівському діалозі Тімей .
Однак про Гікет і Екфанта практично нічого невідомо, і навіть саме їх існування іноді піддається сумніву. На думку більшості вчених, Земля у системі світу Філолая робила не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. В інших своїх творах Платон дотримується традиційної думки про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідчення, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід-Понтійський (IV століття до н.е.). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язане ще одне припущення Геракліда: кожна зірка є світом, що включає землю, повітря, ефір, причому все це знаходиться в нескінченному просторі. Справді, якщо добове обертання піднебіння є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки, що знаходяться на одній сфері.
Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовою першою, запропонованою великим астрономом Аристархом-Самоським (III століття до н. Е..). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н.е.), так само, як і Гераклід-Понтійський, який вважав Всесвіт нескінченним. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще у I столітті зв. е., свідчать деякі висловлювання філософів Сенеки, Деркілліда, астронома Клавдія Птолемея. Переважна більшість астрономів і філософів, однак, не сумнівалося у нерухомості Землі.
Аргументи проти ідеї руху Землі є у творах Аристотеля і Птолемея. Так, у своєму трактаті Про НебоАристотель обгрунтує нерухомість Землі тим, що на Землі, що обертається, кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почався їх рух: поверхня Землі зрушувалася б під кинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, наведений Аристотелем, заснований на його фізичній теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властиво рух до центру світу, а не обертання навколо нього.
З твору Птолемея випливає, що прихильники гіпотези обертання Землі на ці докази відповідали, що повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. Очевидно, роль повітря у цій міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що
тіла, що знаходяться в повітрі, завжди будуть здаватися відстаючими... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то жодне з них не здавалося б випереджаючим інше або відстаючим від нього, але залишалося б на місці, в польоті і киданні воно не робило б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми на власні очі бачимо такими, що відбуваються, і в них взагалі не відбувалося б уповільнення або прискорення, тому що Земля не є нерухомою.
Середньовіччя
Індія
Першим із середньовічних авторів, який висловив припущення про обертання Землі навколо осі, був великий індійський астроном і математик Аріабхата (кін. V – поч. VI ст.). Він формулює її у кількох місцях свого трактату Аріабхатія, наприклад:
Так само, як людина на кораблі, що рухається вперед, бачить закріплені об'єкти, що рухаються назад, так і спостерігач… бачить нерухомі зірки, що рухаються по прямій лінії на захід.
Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхаті, чи він її запозичив у давньогрецьких астрономів.
Аріабхату підтримав лише один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювало нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) стверджував, що на Землі, що обертається, птахи, що летять у повітрі, не могли б повернутися до своїх гнізд, а каміння і дерева злітали б з поверхні Землі. Визначний астроном Брахмагупта (VI в.) повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гори, але змогло б опуститися до її заснування. При цьому він, однак, відкинув один із доводів Варахаміхіри: на його думку, навіть якби Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї внаслідок своєї тяжкості.
Ісламський Схід
Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої заснований на цьому припущенні. Деякі ісламські вчені (імена яких до нас не дійшли) навіть знайшли правильний спосібспростування основного аргументу проти обертання Землі: вертикальності траєкторій падаючих тіл. По суті, при цьому був висловлений принцип суперпозиції рухів, згідно з яким будь-яке переміщення можна розкласти на два або кілька складових: по відношенню до поверхні Землі, що обертається, падаюче тіло рухається по прямовисній лінії, але точка, що є проекцією цієї лінії на поверхню Землі, переноситься б її обертанням. Про це свідчить знаменитий учений-енциклопедист ал-Біруні, який сам, однак, схилявся до нерухомості Землі. На його думку, якщо на падаюче тіло діятиме якась додаткова сила, то результат її дії на Землі, що обертається, призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.
Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних із Марагінською та Самаркандською обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обґрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб-ад-Дін-аш-Шіразі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути засвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагинської обсерваторії Насірад-Дін-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання розділяв би шар повітря, прилеглий до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б так само, якби Земля була нерухомою. Він це обґрунтовував за допомогою спостережень комет: згідно з Аристотелем, комети є метеорологічним явищем у верхніх шарах атмосфери; Проте астрономічні спостереження показують, що комети беруть участь у добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповіді на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомості Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.
Більшість ісламських вчених пізнішого часу (аль-Урді, аль-Казвіні, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанді та інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явища на обертається і нерухомої Землею відбувалися б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, але і всі предмети переносяться Землею, що обертається. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.
Особливу позицію в цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Алауддін-Алі-аль-Кущі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті до аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха-ад-Дін-ал-Амілі. На його думку, астрономи та філософи не надали достатніх доказів, які спростовують обертання Землі.
Латинський Захід
Детальне обговорення можливості руху Землі широко міститься в творах паризьких схоластів Жана-Буридана, Альберта-Саксонського, і Миколи-Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а чи неба, наведеним у тому роботах, є трохи Землі проти Всесвіту, що робить приписування добового обертання небозводу Всесвіту надзвичайно протиприродним.
Проте всі ці вчені зрештою відкинули обертання Землі, хоч і на різних підставах. Так, Альберт-Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити астрономічні явища, що спостерігаються. З цим справедливо не погодилися Бурідан і Орем, на думку яких небесні явища повинні відбуватися однаково незалежно від того, що обертає Земля або Космос. Буридан зміг знайти лише один істотний аргумент проти обертання Землі: стріли, що пускаються вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, мали б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.
Але навіть і цей аргумент був відкинутий Оремом. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і водночас рухається Схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом із Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки її випустили. Хоча тут знову згадується про роль повітря, що захоплює, насправді він не відіграє особливої ролі. Про це свідчить така аналогія:
Подібним чином, якби повітря було закрите в судні, що рухається, то людині, оточеній цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається... Якби людина знаходилася в кораблі, що рухається з великою швидкістюна схід, не знаючи про цей рух, і якби він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому здалося б, що його рука робить прямолінійний рух; так само, згідно з цією теорією, нам видається, що така ж річ відбувається зі стрілою, коли ми пускаємо її вертикально вгору або вертикально вниз. Усередині корабля, що рухається з великою швидкістю на схід, можуть мати місце всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, у всіх напрямках - і вони здаються точно такими, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.
Далі Орем наводить формулювання, що передбачає принцип відносності :
Я укладаю, отже, за допомогою будь-якого досвіду неможливо продемонструвати, що небеса мають добовий рух і що Земля його не має.
Проте остаточний вердикт Орема про можливість обертання Землі був негативним. Підставою для такого висновку був текст Біблії:
Однак досі всі підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, яке не захитається», незважаючи на всі протилежні аргументи.
Про можливість добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені та філософи пізнішого часу, проте жодних нових аргументів, що не містилися у Бурідана та Орема, додано не було.
Таким чином, практично ніхто із середньовічних вчених так і не прийняв гіпотезу про обертання Землі. Однак під час її обговорення вченими Сходу та Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.
Епоха Відродження та Новий час
У першій половині XVI століття побачили світ кілька творів, які стверджували, що причиною добового обертання небосхилу є обертання Землі навколо осі. Одним з них був трактат італійця Челіо Кальканьїні «Про те, що небо нерухоме, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525, виданий в 1544). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже була опублікована фундаментальна праця польського астронома Миколи-Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 р.), де гіпотеза добового обертання Землі у нього стала частиною геліоцентричної системи Ариста . Свої думки Коперник раніше виклав у невеликому рукописному творі Малий Коментар(Не раніше 1515). Два роки раніше основної праці Коперника вийшов твір німецького астронома Георга Іоахіма Ретика Перша розповідь(1541), де популярно викладена теорія Коперника.
У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас Діггес, Ретік, Крістоф Ротман, Міхаель Местлін, фізики Джамбатиста Бенедетті, Симон Стевін, філософ Джордано Бруно, богослов Дієго де Цуніга. Деякі вчені приймали обертання Землі навколо осі, відкидаючи її поступальний рух. Такою була позиція німецького астронома Ніколаса-Реймерса, відомого також як Урсус, а також італійських філософів Андреа-Чезальпіно і Франческо-Патриці. Не зовсім зрозуміла точка зору видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертання Землі, але не висловлювався з приводу її поступального руху. На початку XVII ст. геліоцентрична системасвіту (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала значну підтримку з боку Галілео-Галілея та Йоганна-Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо-Браге і Христофор-Клавіус.
Гіпотеза про обертання Землі та становлення класичної механіки
Фактично, в XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба у приписуванні зірковій сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще у Бурідана та Орема) .
Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних уставах того часу. Насамперед, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися й інші докази, наприклад, рівна дальність стрілянини у східному та західному напрямках. Відповідаючи питанням про ненаблюдаемости ефектів добового обертання у земних експериментах, Коперник писав:
Обертається не тільки Земля зі сполученою з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином схоже на Землю, або вже найближче до Землі повітря просочене земною і водною матерією, слідує тим самим законам природи, що і Земля, або має набутий рух, який повідомляється йому прилеглою Землею в постійному обертанні і без жодного опору
Отже, головну роль ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої думки дотримувалися і більшість коперниканцев у XVI столітті.
Прихильниками нескінченності Всесвіту в XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно, Франческо Патриці - всі вони підтримували гіпотезу про обертання Землі навколо осі (а перші двоє - також навколо Сонця). Крістоф Ротман і Галілео Галілей вважали зірки розташованими на різних відстанях від Землі, хоча явно не висловлювалися з приводу нескінченності Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоча і був прихильником обертання Землі.
Релігійний контекст суперечок про обертання Землі
Ряд заперечень проти обертання Землі був із її протиріччями тексту Святого Письма. Ці заперечення були двох видів. По-перше, деякі місця в Біблії наводилися на підтвердження того, що добовий рух здійснює саме Сонце, наприклад:
Сходить сонце і заходить сонце, і поспішає до свого місця, де воно сходить.
У разі під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу захід є частиною добового обертання небозводу. Часто у зв'язку з цим цитувався уривок з книги Ісуса.
Ісус покликав до Господа того дня, коли Господь Аморрея віддав до Ізраїлевих рук, коли побив їх у Ґів'оні, і вони були побиті перед лицем Ізраїлевих синів. !
Оскільки команда зупинитись була дана Сонцю, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомості Землі, наприклад:
Ти поставив землю на твердих основах: не похитнеться вона на віки й повіки.
Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думці про обертання Землі навколо осі, так і звернення навколо Сонця.
Прихильники обертання Землі (зокрема, Джордано-Бруно, Йоганн-Кеплер і особливо Галілео-Галілей) проводили захист за декількома напрямками. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукового погляду формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:
У багатьох випадках безглуздо і недоцільно наводити багато міркувань скоріше відповідно до істини, ніж відповідно до цієї нагоди та зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через полудень і схиляється до Аквілона» - мудрець сказав: «Земля йде по колу на схід і, покидаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака до Півдня, від Козерога до Аквілона», - то слухачі почали б роздумувати: «Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? Зрештою вони його вважали б за дурня, і він справді був би дурнем.
Такі відповіді давалися переважно на заперечення, що стосувалися добового руху Сонця. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії мають бути трактовані алегорично (див. статтю Біблійний алегоризм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоцій типу гніву тощо. головною думкоюзахисників вчення про рух Землі було те, що наука та релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись доказами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, її порятунок. Галілей у зв'язку з цим цитував кардинала Бароніо, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.
Ці аргументи вважали католицькою церквою непереконливими, й у 1616 р. вчення про обертанні Землі було заборонено, а 1631 р. Галілей було засуджено судом інквізиції його захист. Однак за межами Італії ця заборона не вплинула на розвиток науки і сприяла головним чином падінню авторитету самої католицької церкви.
Необхідно додати, що релігійні аргументи проти руху Землі наводили як церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге ). З іншого боку, католицький чернець Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про погляди піфагорійців і Коперника на рухливість Землі та нерухомість Сонця і про нову піфагорійську систему світобудови» (1615 р.), де висловлював міркування, близькі до Гале Цуніга навіть використав теорію Коперника для тлумачення деяких місць Святого Письма (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не так конфліктом між наукою та релігією як такими, як конфліктом між старими (на початку XVII століття вже застарілими) та новими методологічними принципами, які спираються на основу науки.
Значення гіпотези про обертання Землі у розвиток науки
Осмислення наукових проблем, що піднімаються теорією Землі, що обертається, сприяло відкриттю законів класичної механіки і створенню нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Протиріччя між цією теорією і буквалістським прочитанням Біблії, що обговорювалися в ході цього процесу, сприяли розмежуванню природознавства і релігії.