3. Dlaczego jest dzień i noc? Ruch obrotowy Ziemi

RWe5JrAT7Lt4x

Fotografia przedstawia kulę ziemską. Jej lewa połowa jest oświetlona, a przeciwna prawa połowa zacieniona.

Ruch obrotowy Ziemi- animacja

W jakim kierunku i z jaką prędkością obraca się Ziemia?

Żyjąc na powierzchni Ziemi, trudno bezpośrednio zauważyć ruchy naszej planety. Obserwując niebo możemy dostrzec zmianę położenia gwiazd. Łatwo ulec złudzeniu, że ciała niebieskie krążą wokół Ziemi. Ale to Ziemia wykonuje obrót wokół swojej osi. Odbywa się on w kierunku przeciwnym do pozornego ruchu Słońca i sfery niebieskiej, czyli z zachodu na wschód. Ruch ten nosi on nazwę ruchu obrotowego Ziemi. Pełny obrót trwa ok. 23 godzin 56 minut i 4 sekund, czyli prawie 24 godziny, czyli dobę. W czasie obrotu wokół własnej osi Ziemia zwraca się ku Słońcu coraz to inną częścią swojej powierzchni. Wynika z tego, że coraz inna część Ziemi jest oświetlana. Na powierzchni oświetlonej panuje dzień, a na nieoświetlonej noc, określając  w ten sposób rytm naszego życia.

RckqrB1r7vWcD

Animacja prezentuje kulę ziemską obracającą się z zachodu na wschód.

Animacja prezentuje kulę ziemską obracającą się z zachodu na wschód.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RckqrB1r7vWcD

Animacja prezentuje kulę ziemską obracającą się z zachodu na wschód.

Ciekawostka

Prędkość obrotu Ziemi jest oczywista, gdy podajemy ją w miarach kątowych. Prędkość 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 liniową, czyli odległość pokonywaną przez punkt leżący na powierzchni Ziemi w jednostce czasu. Ta zależy bowiem położenia punktu na Ziemi i maleje w miarę oddalania się od równika do biegunów. Największa prędkość występuje na równiku – 1667 km na godzinę (40 075: 24 h). 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.

Pozorny ruch Słońca nad widnokręgiem jest pośrednim dowodem na ruch obrotowy Ziemi. Możemy go zaobserwować każdego dnia. W czasie tej wędrówki Słońce w czasie 24 godzin obiega kulę niebieską, przebywa  drogę równą 360°. O wschodzie Słońce przechodzi przez horyzont, a następnie zakreśla łuk, stopniowo wznosząc się coraz wyżej. Kiedy Słońce osiągnie największą wysokość (po stronie południowej), czyli w chwili, gdy Słonce góruje jest południe. Po południu Słońce przesuwa się w stronę zachodnią, jego wysokość nad horyzontem maleje i następuje zachód.

Moment górowania, czyli najwyższego położenia Słońca w ciągu dnia, następuje równocześnie na wszystkich punktach leżących na południku ziemskim.

Rrj3SHFq45jNq

Ilustracja przedstawia widnokrąg: równe pole, stykające się w linii prostej z jasnym niebem, na którego środku stoi zielone drzewo oraz narysowane Słońce w trzech pozycjach: wschodu, znajduje się w lewej stronie obrazka, na samym dole, górowania, znajduje się na środku obrazka, na jego górze, i zachodu, znajduje się po prawej stronie obrazka, na samym dole.

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. Jak już wiesz 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.

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.

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 - następstwo dnia i nocy.

Rr2tkSALEjx08

Fotografia prezentuje niebiesko‑pomarańczowy, okrągły globus, którego lewa połowa jest oświetlona, a przeciwna prawa połowa zacieniona.

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.

Kolejną konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi jest zmiana kierunku poruszania się ciał w wyniku siły Coriolisa. Jest to siła powodująca odchylanie ciał swobodnie spadających  na półkuli północnej  w prawo, a na półkuli południowej – w lewo. Do zjawisk wywołanych siłą Coriolisa należą m.in. Odchylenie kierunków stałych wiatrów, układ prądów morskich, silniejsze podmywanie prawych brzegów rzek na półkuli północnej, a lewych na południowej.

Słownik

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.

Ćwiczenia

Notatnik