Вращение нашей планеты вокруг солнца

Что такое орбита Земли и ось

Вселенная движется, как и каждый ее отдельный элемент, причем зачастую на огромных скоростях. К примеру, Земля несется в пространстве со скоростью около 30 км/с, и в процессе чтения этих строк ваше положение во вселенной изменилось километров на 150—200. Более того, планета движется не только в каком-то направлении, но и вокруг своей оси.

Как вращается Земля — для обычного наблюдателя неочевидно. Дело в том, что это движение относительно. Например, по отношению к любому объекту на планете положение остается прежним, а вот по отношению к космическим телам — местоположение изменяется постоянно. Люди вместе с Землей вращаются вокруг ее оси, Солнца, центра галактики и так далее.

Осью называют воображаемую линию, проходящую через южный и северный полюса планеты.

Вокруг этой линии и происходит оборот, который так и называется — вращение вокруг своей оси. При этом, если представить такое движение в плоскости, ось находится не перпендикулярно, а под углом к ней. Если наблюдать процесс с северного полюса Солнца, Земля будет двигаться против часовой стрелки, и наоборот — с южного.

Орбитой Земли называют траекторию ее движения вокруг Солнца.

При этом она представляет собой не круг, а немного вытянутый овал — такую орбиту называют эллиптической. Более того, наклон траектории по отношению к Солнцу постоянно меняется. Если представить, что Солнце статично, Земля движется вокруг него не в одной и той же плоскости. Образно выражаясь, наша планета как бы наматывает нитки на клубок Солнца с равным расстоянием между стежками.

Строение солнечной системы

Солнечная система состоит из центральной звезды — Солнца, планет, их спутников и поясов астероидов, набора комет, метеороидов и других небольших небесных тел, включая космическую пыль. Все они проделывают путь либо вокруг Солнца, либо вокруг планет, либо по другим орбитам.

Всего в нашей системе восемь полноценных планет (по мере удаленности от звезды):

1. Меркурий (0).
2. Венера (0).
3. Земля (1).
4. Марс (2).
5. Юпитер (79).
6. Сатурн (62).
7. Уран (27).
8. Нептун (17).

В скобках указано количество спутников. Кроме этого, у четырех последних присутствуют системы колец, состоящие из более мелких тел, метеоритов и квазиспутников.

Первые четыре называют планетами земной группы, их состав отличается от остальных — в основном это силикаты и металлы. Две следующие — газовые гиганты, состоящие в основном из гелия и водорода. Две последние, помимо того, что являются газовыми гигантами, также выделяются в группу ледяных гигантов.

До 2006 в системе существовала девятая планета — Плутон, однако ее понизили в статусе, так как было принято формальное определение планет, которому она не соответствует. В то же время есть пока не доказанная гипотеза о существовании еще одной планеты в нашей системе, которую на данный момент условно так и называют — «девятая планета».

Кроме основных, в системе присутствуют карликовые планеты, к которым теперь и относят Плутон.

Список официально признанных:

1. Церера (0).
2. Плутон (5).
3. Эрида (1).
4. Макемаке (1).
5. Хаумеа (2).

В скобках также указано количество спутников. Ученые отмечают, что карликовых планет, еще не открытых, в нашей системе может насчитываться более сорока.

Наклон оси

Ось вращения Земли находится под углом к плоскости эклиптики. Если представить себе плоскость, по которой Земля совершает оборот вокруг Солнца, это она и есть. Строго говоря, Земля никогда не возвращается в одну и ту же точку, поэтому плоскостью это можно назвать условно, но для упрощения объяснения используется именно эта терминология.

Оборот вокруг оси идет под наклоном, так как ось нашей планеты находится под углом 23,4° (точная цифра — 23,439281°) к этой плоскости.

Таким образом, наша Земля «подставляет» Солнцу то свое северное, то южное полушарие.

Что, если она остановится

Если Земля перестанет вращаться вокруг своей оси, то:

• одна ее сторона будет постоянно повернута к центру Солнечной системы, светило нагреет почву до высочайших температур, и вся влага с поверхности испарится;
• вторая сторона планеты погрузится в вечную ночь, тут постоянно будет свирепствовать мороз, вода превратится в толстый слой льда, и его толщина достигнет километров;
• условия станут крайне затруднительны для возникновения и развития любых форм жизни, в т.ч. для дальнейшего существования человечества.

Земные сутки будут длиться целый год, длина дня составит 6 месяцев, и после незначительного периода сумерек на планете наступит шестимесячная ночь. Закат и восход станут определяться исключительно вращением планеты вокруг светила — всходить оно будет на западе и заходить на востоке.

Если остановка Земли вдруг произойдет, тоэто повлечет за собой массу негативных последствий. Credit: Krpress

Так как линейная вращательная скорость достигает весомых значений, при внезапной остановке планеты все здания, растения, животные и люди будут снесены с поверхности силами инерции.

Исключение составят лишь сооружения, вмурованные в земную твердь или горные породы. По инерции продолжат вращаться океаны, вызвав гигантский цунами.

Сегодня под воздействием центробежных сил Земля несколько сплющена у полюсов и имеет своеобразный «горб» в области экватора. После остановки он исчезнет, вся вода океанов стечет к югу и северу, обнажив дно в экваториальной области до 30° с.ш. и ю.ш.. Так на планете образуется один опоясывающий ее гигантский материк и две полюсные «водяные шапки».

Все описанные последствия справедливы и для ситуации, если прекратится движение Земли вокруг Солнца, только они будут еще более катастрофическими. Смены времени суток больше не будет, на одной половине планеты установится вечная ночь, на другой — такой же вечный день.

Виды орбит

Орбиты делят на относительные и абсолютные.

Абсолютная орбита – это путь тела в установленной отсчетной системе, которую считают универсальной. Примером такой системы является Вселенная, взятая как единое целое.

Относительная орбита – это траектория тела в системе отсчета, которая движется по искривленной траектории с переменной скоростью. Например, при описании траектории искусственного спутника указывается его движение относительно планеты. В первом приближении – это эллиптическая траектория, в фокусе которой находится Земля, сама плоскость движения относительно звезд считается неподвижной. При таком варианте измерений, очевидно, что траектория движения – это орбита относительного типа, поскольку она определяется по отношению к Голубой планете, которая сама вращается вокруг Солнца. Если же посмотреть на траекторию движения относительно звезд, то наблюдается винтовая траектория – это абсолютная орбита искусственного спутника.

Почему Земля движется вокруг Солнца?

Причиной обращения Земли вокруг Солнца называют инерцию. Согласно теории об образовании нашей звезды, около 4,57 млрд. лет назад в космосе возникло огромное количество пыли, которое постепенно превратилось в диск, а затем – в Солнце.

Внешние частички этой пыли стали соединяться между собой, образуя планеты. Уже тогда они по инерции начали вращаться вокруг звезды и продолжают двигаться по той же траектории и сегодня. Согласно закону Ньютона, все космические тела передвигаются по прямой, то есть на самом деле планеты Солнечной системы, включая Землю, должны были давно улететь в открытый космос. Но этого не происходит.

Причина заключается в том, что Солнце имеет большую массу и, соответственно, огромную силу притяжения. Земля во время движения все время пытается устремиться от него по прямой линии, но гравитационные силы притягивают ее обратно, поэтому планета удерживается на орбите и крутится вокруг Солнца.

Земля не стоит на месте, а находится в непрерывном движении. Благодаря тому, что она вращается вокруг Солнца, на планете происходит смена времён года. Однако не все помнят, что, облетая небесное светило, Земля ещё успевает крутиться вокруг своей собственной оси. Именно это движение вызывает за окном перемену дня и ночи и называется суточным.

Разобраться, как и с какой скоростью Земля вращается вокруг Солнца и своей оси, АиФ.ru помог астрофизик, сотрудник Московского планетария Александр Перхняк.

Движение Земли вокруг своей оси

Сидерический и синодический месяцы

Период, за который Луна вращается вокруг Земного шара относительно неподвижных звезд, называется сидерическим месяцем. Его продолжительность составляет 27.32 суток. За одни сутки небесное тело смещается на 13,2. Луна, Солнце по эклиптике движутся в одну и ту же сторону. За сидерический месяц Солнце переместится по эклиптике приблизительно на 27, а Луне потребуется еще 2.21 суток, чтобы возвратиться в исходное положение по отношению к Солнцу. Период, за который Луна вращается вокруг Земли относительно Светила, принято называть в астрономии синодическим месяцем. В отличие от сидерического, длительность синодического месяца немного больше и составляет 29,53 суток.

Внешний вид Луны напрямую зависит от взаимного расположения Солнца и Луны. Именно поэтому под понятием «месяц» подразумевают именно синодический месяц. За начало синодического месяца принимается расположение Лунного диска между Земным шаром и Солнцем, когда его сторона, обращенная к Земле, не видна. В этот момент освещается обратная сторона земного спутника.

Движение Луны по небесной сфере

Между временным отрезком вращения Луны вокруг своей оси и вокруг Земного шара можно поставить знак равенства. Это время одинаково и составляет примерно 28 суток. Это и стало причиной того, что, наблюдая за природным спутником, человек видит постоянно только одну его сторону. Луна сильно влияет на планету. Благодаря гравитационной силе на Луне происходит притягивание большого количества водных масс на Земном шаре, что создает эффект прилива. На максимально приближенной к спутнику стороне планеты наблюдаем приливы, а по обоим ее бокам отливы. Приливы также будут на противоположной стороне Земли, но они образуются уже в результате гравитации Солнца. В то время как Земной шар движется вокруг своей оси, приливные волны «следуют» за диском Луны и оказывают воздействие на него. В связи с тем, что расстояние между Землей и Луной постоянно меняется, приливообразующая сила Луны также может изменяться до 40% в течение месяца. Приливообразующая сила Солнца в течение года меняется всего лишь на 10%. Лунные приливы в 2,17 раз сильнее солнечных.

Движение большой массы воды, которая образуется во время приливов и отливов, приводит не только к замедлению движения Земного шара, но и к ускорению и «отталкиванию» Луны от Земли.Ежегодно расстояние, на которое ночное светило удаляется от планеты, составляет 38 мм. Именно из-за приливного ускорения лунная орбита напоминает собой спираль, которая медленно раскручивается.

Также будет интересно знать, что наблюдатели видят с поверхности Земли где-то 55%от всей площади Луны. Причиной этому является эллиптическая форма орбиты и небольшое наклонение оси вращения Луны по отношению к орбитальной плоскости.

Скорость вращения Земли вокруг своей оси

Скорость Земли при вращении вокруг планетарной оси зависит от широты, на которой проводится измерение. Для точек, расположенных на полюсах планеты, эта величина равна нулю. Поэтому смена дня и ночи на полюсах происходит не раз в сутки, а раз в год. На экваторе фиксируется значение около 1 668 км/ч. При этом угловое расстояние, которое проходит каждая точка поверхности, совпадает.

Период полного оборота равен 23 часам и 57 секундам и постоянно растет. Это объясняется влиянием Луны. Из-за ее приливного воздействия на океанском дне создается трение, выступающее главным фактором, тормозящим движение планеты. Годовая дельта составляет 0,003 сек.

Угловая скорость

Это величина, которая равна отношению угла тела к отрезку времени, затраченному на этот поворот. Можно сказать, что это быстрота изменения угла тела за промежуток времени. Выражается она в радианах в секунду, и для всех точек имеет постоянное значение. Как выяснилось, на полный оборот нашей планеты вокруг своей оси требуется 23 часа 56 минут 4,09053 секунды или же, проще говоря, одни звездные сутки.

Формула угловой скорости: отношение изменения угла за время.

Так как земной оборот равен 360 градусов или 2π (2*3,14=6,28), а время этого оборота в секундах 86344, то угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси приблизительно равна 7,26851851851-5с-1.

Линейная скорость

Такую характеристику применяют для того, чтобы выразить темп движения по окружности. Как известно, при круговом вращении тела его разные точки имеют разные скорости. Хотя угловая величина перемещения для них остаётся неизменной.

А это значит, что скорость вращения Земли равна примерно 465 м/сек. То есть расчет производится путём деления окружности на время, затраченное на весь оборот.

Однако скорость движения Земли изменяется, потому как её окружность также меняется относительно широты. Ведь радиус планеты уменьшается к полюсам. Соответственно, на разных широтах разный темп вращения. Другими словами, где меньший радиус медленнее и скорость. К примеру, на полюсах она почти нулевая, а на экваторе составляет 1674 км/час.

Для того, чтобы рассчитать какова скорость вращения Земли на другой широте, необходимо косинус выбранной широты умножить на экваторную скорость. Например, быстроту движения планеты на широте 30 градусов мы вычислим, если косинус 30 градусов, который равен 0,866, умножим на 1674. Таким образом, получаем 1449,7 км/час.

Почему зимой холодно, а летом жарко?

Многие люди считают, что зима наступает тогда, когда Земля находится далеко от Солнца, а лето — когда наша планета приближается к своему светилу. Это одно из самых распространенных заблуждений. На самом деле, эта зависимость совершенно неверна. Ведь когда в Северном полушарии наступает лето, в Южное приходит зима, а между тем оба эти полушария находятся на одной и той же планете. В чем же причина смены времен года?

Все дело в наклоне земной оси по отношению к плоскости орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. Если бы ось была перпендикулярна орбите, то смены времен года не существовало бы вовсе. А так Земля движется вокруг Солнца, находясь в положении наклона, и подставляет свои бока теплу неравномерно. Когда наша планета находится в той части орбиты, где ее ось указывает в сторону светила, то в Северном полушарии наступает лето, потому что оно сильнее освещено Солнцем. Южное в это время наиболее удалено от Солнца, поэтому там царит зима. Через полгода Земля достигает того промежутка, где ось направлена в сторону от Солнца, и времена года меняются на противоположные.

Земля совершает свой путь вокруг Солнца за 365 дней и приблизительно 6 часов. Поэтому стандартный год состоит из 365 суток. Лишние часы за четыре года образуют еще одни, дополнительные сутки, которые добавляют к февралю. Поэтому в этом месяце иногда бывает не 28, а 29 дней, и такой год называют високосным.

Поделиться ссылкой

Презентация на тему: » (часть первая) 1 год – это время, за которое Земля совершает один полный оборот вокруг Солнца. Прошло 3 года. Сколько полных оборотов сделала Земля.» — Транскрипт:

2

(часть первая)

4

1 год – это время, за которое Земля совершает один полный оборот вокруг Солнца. Прошло 3 года. Сколько полных оборотов сделала Земля вокруг Солнца?

5

А в каком месяце твой день рождения? Какое это время года?

6

Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. — Зима- Весна- Лето- Осень

7

Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. — Зима- Весна- Лето- Осень

8

Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. — Зима- Весна- Лето- Осень

9

Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. — Зима- Весна- Лето- Осень

10

Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. Определите, какое время года изображено на каждом рисунке. Закрасьте кружок рядом с картинкой в нужный цвет. — Зима- Весна- Лето- Осень

11

Наша планета Земля вращается не только вокруг Солнца, но и вокруг своей оси, подставляя то один, то другой бок солнышку. Там, где планета освещена солнцем, — день. В это время с другой стороны планеты – ночь.

12

Один оборот нашей планеты вокруг своей оси – это сутки. «Дни длинные, а ночи короткие». Когда это бывает? Выберите правильный ответ. «Дни длинные, а ночи короткие». Когда это бывает? Выберите правильный ответ. — Лето — Зима

13

Время в течение суток можно называть по-разному.

14

Угадайте, про какую часть суток стихотворение. Утро ДеньВечер Ночь Вот и солнышко встаёт, Спать ребятам не даёт! -Ну-ка, детки, подымайтесь, Заряжайтесь, умывайтесь, Аккуратно одевайтесь И за завтрак принимайтесь!

15

Угадайте, про какую часть суток стихотворение. Утро ДеньВечер Ночь Уже за окошком темнеет, Прохожий зевнул на ходу. Из детского сада Спешу я скорее, Я к маме любимой иду!

16

В неделе семь дней. Расставьте цифры по порядку и вы узнаете, в каком порядке дни недели идут друг за другом.

20

Расставь цифры по порядку и ты узнаешь, в каком порядке дни недели идут друг за другом.

21

Расставьте цифры по порядку и вы узнаете, в каком порядке дни недели идут друг за другом.

23

Расставьте цифры по порядку и вы узнаете, в каком порядке дни недели идут друг за другом. Расставьте цифры по порядку и вы узнаете, в каком порядке дни недели идут друг за другом.

24

Понедельник 1 Вторник 2 Среда 3 Четверг 4 Пятница 5 Суббота 6 Воскресенье 7

25

А теперь внимательно послушайте, что говорят зверушки, и найдите того, кто ошибается. Подсказка: зайчик прав. А теперь внимательно послушайте, что говорят зверушки, и найдите того, кто ошибается. Подсказка: зайчик прав. Сегодня среда Вчера был вторник Послезавтра будет пятница Завтра четверг Позавчера было воскресенье

26

Мышонок, ты ошибся! Позавчера был понедельник! Ребята, постарайтесь и вы выучить слова: позавчера, вчера, сегодня, завтра, послезавтра. И никогда их не путайте!

27

Отгадайте загадку: «В начале его и в конце холодно, а в середине — жарко» ГОД

28

До новых встреч! П резентацию составила Щедрова Е.В., МДОУ 16 г.Северодвинска Использован материал газеты «Смекалочка», 4, 2010 г. Авторы стихов: Н.Григорьева, М.Садовский Клипарт: Для сайта – viki.rdf.ru

География

§ 5. Движения Земли

Вспомните

Что такое орбита планеты? Какую форму она имеет? Какая планета расположена ближе всех к Солнцу? Какое место по удаленности от Солнца занимает Земля? Заметно ли для человека ее движение?

По человеческим меркам Земля огромна. Она весит 6 000 000 000 000 000 000 000 т! Поэтому людям, живущим на Земле, трудно поверить, что такое огромное тело находится в постоянном движении. Два основных вида движения Земли, известных человечеству с давних времен, — вращение вокруг своей оси и вокруг Солнца.

Рис. 15. Вращение Земли вокруг своей оси

Вращение Земли вокруг своей оси. Землю часто сравнивают с огромным волчком, но, в отличие от волчка, ось Земли — воображаемая линия. Кроме того, земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. Земная ось строго ориентирована в космическом пространстве. Ее северный конец направлен на Полярную звезду (рис. 15).

Точки пересечения воображаемой земной оси с поверхностью Земли называются географическими полюсами. Таких полюсов два — Северный и Южный.

Все объекты на земной поверхности вращаются вместе с Землей. Если наблюдать за нашей планетой из космоса со стороны Северного полюса, можно увидеть, что она вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, т. е. с запада на восток. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает примерно за 24 ч. Этот период называется сутками.

Географические следствия вращения Земли вокруг своей оси:

1. Вращение Земли влияет на ее форму: она немного сплюснута у полюсов.
2. Из-за вращения Земли все движущиеся по ее поверхности тела отклоняются в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, а в Южном — влево.
3. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи.

Если бы земная ось не была строго ориентирована в пространстве, Земля двигалась бы беспорядочно «кувыркаясь».

Если Земля перестала бы вращаться вокруг своей оси и вокруг Солнца, она была бы обращена к Солнцу всегда одной стороной, на которой был бы вечный день. Температура на этой стороне Земли достигла бы 100°С и более, и вся вода испарилась бы. Неосвещенная сторона планеты превратилась бы в царство вечного холода, где в виде гигантской ледяной шапки скопилась бы земная влага.

Движение Земли вокруг Солнца. Вы уже знаете, что Земля движется вокруг Солнца по орбите со скоростью 30 км/с. Она удалена от Солнца почти на 150 млн км (рис. 16). Это расстояние — огромное по человеческим меркам и незначительное для космоса — оказалось наилучшим для возникновения жизни.

Рис. 16. Вращение Земли вокруг Солнца

Для удобства продолжительность года считают равной 365 суткам. Оставшиеся 6 часов суммируются и каждые 4 года образуют дополнительные сутки. Такие годы называются високосными, в них не 365, а 366 суток. В високосные годы в самом коротком месяце — феврале — не 28, а 29 дней.

Расчеты ученых показывают, что за все время существования Земли — 4,6 млрд лет — расстояние между ней и Солнцем оставалось практически неизменным.

Если бы Солнце перестало притягивать Землю, она бы улетела в космос в 40 раз быстрее пули! Если бы Земля двигалась по орбите медленнее, она не смогла бы противостоять притяжению Солнца и упала бы на него.

Если бы Земля находилась ближе к Солнцу, температура на ней была бы намного выше. На Венере, которая ближе к Солнцу на 42 млн км, температура около 500°С! Если бы Земля находилась дальше от Солнца, температура на ней была бы отрицательной. Марс удален от Солнца на 228 млн км и на его поверхности температура -60°С. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 сут. и 6 ч. Этот период называется годом.

Вопросы и задания

1. Назовите два основных вида движения Земли.
2. В какую сторону происходит вращение Земли вокруг своей оси?
3. Назовите следствия вращения Земли вокруг своей оси.
4. Назовите следствия вращения Земли вокруг Солнца.

Скорость обращения Земли вокруг своей оси

Земля является третьей планетой от Солнца. Наряду со всеми остальными она вращается вокруг Солнца, а также имеет собственное вращение вокруг оси. Самыми быстрыми в Солнечной системе считаются планеты-гиганты:

Они завершают сутки за 10 часов.

Вращение Земли вокруг своей оси совершается за 23 часа 56 минут. Плюс дополнительные 4 минуты требуются на то, чтобы Солнце вернулось на исходную позицию. Скорость вращения на поверхности зависит от того, в какой точке наблюдается движение.

Если говорить об экваторе, то тут вращение Земли достигает 1670 километров в час или 465 метров в секунду. Расчеты проводятся с учетом того, что в районе экватора окружность планеты достигает свыше 40000 километров. Если планета резко перестанет двигаться, то люди и находящиеся предметы с такой же скоростью сорвутся с места и полетят вперед.

Ближе к 30-й широте вращение Земли вокруг оси снижается до 1440 километров в час, плавно опускаясь до 0 километров в час на полюсах (правило работает и в сторону Южного, и в сторону Северного полюсов). Это движение остается незаметным для людей из-за огромной массы планеты.

Из этого видео вы узнаете, почему мы не ощущаем вращения земли.

Значение для человечества

Различия в скорости движения имеют свое практическое значение. Страны предпочитают строить космодромы ближе к экватору. За счет скорости вращения планеты требуется меньшее количества топлива для выхода на орбиту, или же можно поднять большее количество полезного груза. При этом на старте у ракеты уже есть скорость в 1675 километров в час, так что ей проще разогнаться до орбитальной в 28 000 километров в час.

Луна своим воздействием постоянно стабилизирует наклон оси планеты. Из-за этого понемногу снижается скорость кручения планеты. Дважды в год, в ноябре и апреле, продолжительность суток увеличивается на 0,001 секунду.

Вращение Земли вокруг Солнца

Наша планета пятая по величине и третья по удаленности от Солнца. Она сформировалась из элементов солнечной туманности около 4,55 млрд лет назад.Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.

Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.

Вращение Земли вокруг Солнца

Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.

Чередование времен года

Совершая оборот вокруг Солнца, Земля движется по направлению с запада на восток. Во время своего путешествия это небесное тело не меняет угол наклона, поэтому на определенном участке орбиты она полностью обращена какой-то одной стороной. Этот период на планете воспринимается живым миром как лето, а на необращенной к Солнцу стороне в это время года будет царить зима. Благодаря постоянному движению на планете происходит смена сезонов.

Два раза в году на обоих Полушариях планеты устанавливается относительно одинаковое сезонное состояние. Земля в это время повернута к Солнцу таким образом, что оно равномерно освещает ее поверхность. Это происходит осенью и весной в дни равноденствия.

Високосный год

Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным.

Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Что такое год?

Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:

• Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).
• Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.
• Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.
• Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).

Осевое вращение

Земная ось – условная линия, которую можно провести от северного к южному полюсу. Она проходит под углом в 66°33 относительно плоскости нашей планеты. Одно обращение происходит за 23 часа 56 минут и 4 секунды, это время обозначается звездными сутками.

Главный результат осевого вращения – смена дня и ночи на планете. Кроме того, за счет этого движения:

• Земля имеет форму со сплюснутыми полюсами;
• тела (течение рек, ветер), движущиеся в горизонтальной плоскости, несколько смещаются (в Южном полушарии – влево, в Северном – вправо).

Эти скорости называют угловыми

Именно расположение оси под определенным углом определяет смену времен года. Находясь именно в таком положении, разные области планеты получают неодинаковое количество тепла в разное время. Если бы наша планета располагалась строго вертикально относительно Солнца, то времен года не было совсем, поскольку освещенные светилом в дневное время северные широты получали столько же тепла и света, сколько и южные широты.

На осевое вращение влияют следующие факторы:

• сезонные изменения (осадки, движение атмосферы);
• приливные волны против направления осевого движения.

Эти факторы тормозят планету, вследствие чего уменьшается ее скорость. Показатель этого уменьшения очень мал всего 1 секунда за 40000 лет, однако, за 1 млрд лет сутки удлинились с 17-и до 24-х часов.

Движение Земли продолжают изучать по сей день. Эти данные помогают составить более точные звездные карты, а также определить связь этого движения с природными процессами на нашей планете.

Меняем направление: центростремительное ускорение

При вращательном движении по окружности линейная скорость мячика постоянно меняет направление, как показано на рис. 7.2. Ускорение, характеризующее такое изменение скорости, называется центростремительным (или центробежным). В любой точке вращательного движения с постоянной величиной и меняющимся направлением вектор линейной скорости перпендикулярен радиусу.

Если в показанных на рис. 7.2 положениях нить, удерживающая мяч, оборвется, то куда полетит мяч? Если в этот момент вектор линейной скорости направлен влево, то мяч полетит влево, а если этот вектор направлен вправо, то мяч полетит вправо, и т.д. Этот, казалось бы, простой и интуитивно понятный момент часто вызывает трудности у тех, кто впервые постигает физику.

Управляем скоростью с помощью центростремительного ускорения

Особенностью равномерного вращательного движения является постоянство величины линейной скорости. Это значит, что вектор ускорения не имеет компоненты, параллельной вектору линейной скорости, поскольку в противном случае величина линейной скорости менялась бы. Однако при равномерном вращательном движении меняется только направление линейной скорости. Такое изменение линейной скорости поддерживается центростремительным ускорением, направленным к центру окружности вращения и перпендикулярно вектору линейной скорости.

В примерах на рис. 7.1 и 7.2 на мяч со стороны нити действует сила натяжения нити, которая поддерживает его движение по окружности. Именно эта сила сообщает мячу центростремительное ускорение ​\( a_ц \)​, вектор которого показан на рис. 7.1. (Попробуйте раскрутить мяч с помощью привязанной к нему нити, и вы сразу же почувствуете действие этой силы со стороны нити.)

Часто возникает вопрос: если вектор ускорения мяча направлен к центру окружности, то почему мяч не движется к центру? Дело в том, что при равномерном вращательном движении это ускорение меняет только направление, а не величину линейной скорости.

Определяем величину центростремительного ускорения

Нам уже известно направление вектора центростремительного ускорения, а чему же равна его величина? Итак, величина центростремительного ускорения объекта, равномерно движущегося с линейной скоростью ​\( v \)​ по окружности с радиусом ​\( r \)​, равна:

Как видите, величина центростремительного ускорения обратно пропорциональна радиусу окружности ​\( r \)​ и прямо пропорциональна квадрату скорости ​\( v \)​. Поэтому не удивительно, что автомобиль на более крутых поворотах испытывает более сильное центростремительное ускорение.

Время оборота вокруг Солнца

С какой скоростью Земля летит вокруг Солнца это один вопросов не только астрономии, но и физики.

Ежегодно набегает чуть более пяти «лишних» часов. Раз в четырёхлетие они складываются между собой. Так получается високосный год, имеющий 366 дней.

Ежесекундно наша планета пролетает в космосе около 30 километров. Речь идёт о по-настоящему колоссальной скорости. Даже самые быстрые автомобили, способные преодолевать отметку 300 км/ч, перемещаются в пространстве со скоростью, которая более чем в 300 раз ниже темпа перемещения нашего геоида. Человеку сложно оценить реальные темпы обращения планеты вокруг центра СС.

Вращение вызывает силы, способные смести с поверхности все предметы. Правда, эти силы компенсируются гравитацией. Поэтому не стоит бояться вероятности оказаться в открытом космосе. По аналогии с обращением вокруг оси, перемещение кругом центра солнечной системы постепенно замедляется. Правда, это замедление настолько незначительное, что люди его не способны заметить. Кроме того, в процессе перемещения в космическом пространстве Земли по орбите, ось на протяжении года постоянно отклоняется, что приводит к изменениям сезонов (зима/лето, весна/осень) в разных регионах.

Истинное движение Земли

Чтобы понять принцип видимого движения Солнца и других светил на небесной сфере, рассмотрим сперва истинное движение Земли. Земля является одной из планет солнечной системы. Она непрерывно вращается вокруг своей оси.

Период вращения ее равен одним суткам, поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что все небесные светила обращаются вокруг Земли с востока на запад с тем же периодом.

Наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты

Но Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается также вокруг Солнца по эллиптической орбите. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за один год. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33′. Положение оси в пространстве при движении Земли вокруг Солнца все время остается почти неизменным. Поэтому Северное и Южное полушария попеременно бывают обращены в сторону Солнца, в результате чего на Земле происходит смена времен года.

При наблюдении неба можно заметить, что звезды на протяжении многих лет неизменно сохраняют свое вза­имное расположение.

Звезды “неподвижны” лишь потому, что находятся очень далеко от нас. Расстояние до них так велико, что с любой точки земной орбиты они видны одинаково.

А вот тела же солнечной системы — Солнце, Луна и планеты, которые нахо­дятся сравнительно недалеко от Земли, и смену их положений мы можем легко заметить. Таким образом, Солнце наравне со всеми светила­ми участвует в суточном движении и одновременно имеет собст­венное видимое движение (оно называется годовым движением), обусловленное движением Земли вокруг Солнца.

Представьте себе картину — Луна взяла и исчезла с орбиты Земли. Чем нам может грозить такой поворот событий? Подробнее об этом