Ruch obrotowy Ziemi

R1SdZ2dkktf0f

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1SdZ2dkktf0f

1. W jakim kierunku i z jaką prędkością obraca się Ziemia?

R1E4AMuJseLUZ

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1E4AMuJseLUZ

Żyjąc na powierzchni Ziemi, trudno bezpośrednio obserwować ruchy naszej planety. Zauważamy jednak pozorny ruch Słońca ze wschodu na zachód, co jest konsekwencją ruchu obrotowego Ziemiruch obrotowy Ziemiruchu obrotowego Ziemi dookoła własnej osi z zachodu na wschód. Pełen obrót trwa ok. 23 godzin 56 minut i 4 sekund. Czas ten nazywamy dobą gwiazdowądoba gwiazdowadobą gwiazdową. Bardziej nam znana jest tzw. doba słonecznadoba słonecznadoba słoneczna, która trwa kilka minut dłużej, niemal dokładnie 24 godziny. Jest to czas, jaki upływa między dwoma kolejnymi momentami południa słonecznegopołudnie słonecznepołudnia słonecznego.

Prędkość obrotu Ziemi jest oczywista, gdy podajemy ją w miarach kątowych. Prędkość kątowaprędkość kątowaPrędkość kątowa to wielkość kąta zakreślonego przez dany punkt leżący na powierzchni Ziemi podczas ruchu po okręgu w jednostce czasu.
W przypadku Ziemi prędkość kątowa ma stałą wartość 360°/24h.

Trudniej jest podać prędkość liniowąprędkość liniowaprędkość liniową, czyli odległość pokonywaną przez punkt leżący na powierzchni Ziemi w jednostce czasu. Ta zależy bowiem od szerokości geograficznej, na której dany punkt leży. Im bliżej równika, tym równoleżniki są dłuższe, przez co prędkość liniowa jest większa. To dlatego mieszkańcy Polski poruszają się z prędkością ok. 1000 km/h, czyli 667 km/h wolniej od mieszkańców rejonów równikowych, którzy w tej samej jednostce czasu muszą pokonać znacznie dłuższą odległość liniową.

RnP19letYqw4J

Ilustracja przedstawia kulę ziemską. Na kuli są zaznaczone południki i równoleżniki. Na powierzchni kuli kolor niebieski wskazuje powierzchnię oceanów i mórz. Powierzchnia kontynentów jest biała. Granice poszczególnych państw zarysowane są czarną linią. Dokładnie w połowie, poziomo, kulę dzieli czarna linia równika. Powyżej pogrubiony jest równoleżnik pięćdziesięciu stopni szerokości geograficznej północnej przebiegający przez Europę i Polskę. Południk piętnasty długości geograficznej wschodniej jest pogrubiony. Przebiega przez zachodnie krańce Polski. W miejscu przecięcia tego południka z równikiem czarna strzałka skierowana jest grotem w prawo. Strzałka pokrywa linię równika na długości około dwóch centymetrów. Poniżej informacja: tysiąc sześćset sześćdziesiąt siedem kilometrów, ukośnik, na godzinę. W miejscu przecięcia pogrubionego południka z pogrubionym równoleżnikiem także znajduje się strzałka z grotem skierowanym w prawo. Strzałka pokrywa linię równoleżnika na długości około jednego centymetra. Poniżej informacja: tysiąc kilometrów, ukośnik, na godzinę. Na biegunie północnym znajduje się czarny punkt. Przy nim napis: zero kilometrów, ukośnik, na godzinę. Prędkość liniowa punktów leżących w pobliżu równika jest dużo większa niż prędkość liniowa punktów położonych blisko biegunów. Prędkość zarówno liniowa, jak i kątowa biegunów jest równa zeru.

2. Co to jest gnomon i jak za jego pomocą obserwować pozorną wędrówkę Słońca nad widnokręgiem?

Pozorny ruch Słońca nad widnokręgiem jest pośrednim dowodem na ruch obrotowy Ziemi. Możemy go zaobserwować każdego dnia.

Sposobem na uniknięcie niebezpieczeństwa uszkodzenia wzroku podczas śledzenia pozornego ruchu Słońca jest obserwacja cienia rzucanego przez przedmioty oświetlone bezpośrednimi promieniami słonecznymi. Obserwując cień, wnioskujemy o pozornym ruchu Słońca. Każdy stosunkowo cienki, prosty i pionowy pręt wbity w ziemię staje się gnomonemgnomongnomonem, czyli przyrządem, którego cień wyznacza położenie Słońca. Długość i kierunek cienia gnomonu określają wysokość Słońca i jego azymut. Określając kierunki na podstawie cienia rzucanego przez gnomon, trzeba pamiętać, że w Polsce i na całym obszarze półkuli północnej poza strefą międzyzwrotnikową Słońce góruje zawsze po południowej stronie nieba. Rzucany wówczas przez gnomon w południe cień jest najkrótszy i wskazuje dokładnie kierunek północny. Wnioskujemy z tego, że nastąpił moment górowania Słońcagórowanie Słońcagórowania Słońca (moment południa słonecznego). Położenie Słońca na niebie wskazuje wtedy kierunek południowy. Przedłużenie linii, jaką wyznacza wówczas cień gnomonu, jest południkiem miejscowympołudnik miejscowypołudnikiem miejscowym punktu, w którym wbity jest gnomon. Tylko dwukrotnie w ciągu roku (21 marca i 23 września) Słońce wschodzi dokładnie na wschodzie i zachodzi dokładnie na zachodzie. Gdyby udało się wówczas zaobserwować cień gnomonu w momencie wschodu lub zachodu Słońca, to przedłużenie linii tego cienia byłoby równoleżnikiem miejscowymrównoleżnik miejscowyrównoleżnikiem miejscowym, gdyż cień gnomonu wskazywałby kierunek wschód‑zachód.
Kierunki geograficzne za pomocą gnomonu można jednak bez trudu wyznaczać i w inne dni. Moment, w którym gnomon rzuca najkrótszy cień, wskazuje północ (N). W przeciwnym kierunku jest zatem południe (S). Pod kątem 90° w lewo od gnomonu jest zachód (W), a 90° w prawo jest wschód (E).

R1QIo3t4MvT8O

Ilustracja przedstawia fragment podłoża w postaci cienkiego prostopadłościanu, pokazanego krótszym bokiem do obserwatora. Powierzchnię przecinają dwie białe linie. Groty na końcach linii odpowiednio wskazują główne kierunki geograficzne. Litera N – północ, S – południe, W – zachód, E – wschód. Wzdłuż linii biegnącej na kierunku północ‑południe znajduje się napis: południk miejscowy. W miejscu przecięcia linii znajduje się wbity pionowo słupek. To gnomon. Cień gnomona pokrywa się z pionową linią biegnącą na północ. Powyżej prostopadłościanu znajduje się żółte Słońce. Od Słońca przez górny koniec gnomona do końca cienia gnomona biegnie linia. To promień Słońca. Kąt pomiędzy cieniem a linią promienia Słońca to kąt wysokości Słońca nad horyzontem.

W obszarze między zwrotnikami dwukrotnie w ciągu roku występuje zjawisko górowania Słońca w zeniciezenitzenicie. Na równiku ma to miejsce 21 marca i 23 września. Na zwrotniku Raka Słońce w zenicie występuje tylko 22 czerwca, a na zwrotniku Koziorożca tylko 22 grudnia. Gdy Słońce góruje w zenicie, to gnomony w ogóle nie rzucają cienia.

Trzeba pamiętać, że w Polsce i na całym obszarze półkuli północnej poza strefą międzyzwrotnikową Słońce góruje zawsze po południowej stronie nieba. Natomiast w strefie międzyzwrotnikowej obu półkul przez część roku Słońce góruje po północnej stronie, a przez część po południowej. Na pozostałej części półkuli południowej Słońce przez cały rok góruje po północnej stronie nieba, a rzucany wówczas przez gnomon cień wskazuje kierunek południowy.

3. Konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi

Wiemy już, że pozorny ruch Słońca po sferze niebieskiejsfera niebieskasferze niebieskiej jest spowodowany ruchem obrotowym Ziemi. Ruch ten niesie ze sobą jednak jeszcze kilka innych konsekwencji dla naszej planety, środowiska geograficznego i wszystkich istot żywych, w tym dla człowieka. Jedną z najbardziej oczywistych jest następstwo dnia i nocy. W trakcie każdej doby część Ziemi przez pewien czas zwrócona jest ku Słońcu i wówczas na tym obszarze panuje dzień. Następnie odwraca się od niego i wtedy na zacienionym obszarze zapada noc. Jednocześnie inna część kuli ziemskiej obraca się ku Słońcu i rozpoczyna się tam dzień.

Inną konsekwencją ruchu obrotowego jest istnienie czasu słonecznegoczas słoneczny (miejscowy)czasu słonecznego (miejscowego). W tym samym momencie na jednym z południków jest południe słoneczne, po przeciwnej stronie kuli ziemskiej – północ, a na innych wszystkie pozostałe pory dnia i nocy.

Trudnym do obserwacji, ale naukowo udowodnionym skutkiem ruchu obrotowego jest także niewielkie spłaszczenie Ziemi na biegunach wynikające z działania siły odśrodkowej powodującej, że Ziemia nie ma kształtu kuli.

Podobnie jak woda w wielkich rzekach, także wiatry na półkuli północnej będą spychane w prawo, a na półkuli południowej – w lewo. Inną konsekwencją działania siły Coriolisa jest kierunek wirowania powietrza w cyklonach. Na półkuli północnej wirują one przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a na półkuli południowej zgodnie z ruchem wskazówek zegara.*

* treść wykraczająca poza wymagania z podstawy programowej

Podsumowanie

• Ziemia obraca się wokół własnej osi o 360° w ciągu ok. 24 godzin.

• Pozorna wędrówka Słońca po niebie jest widoczną codziennie konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi.

• Gnomon umożliwia nam przeprowadzenie wielu obserwacji astronomicznych.

Słownik

Ćwiczenia