- الخصائص والأسباب
- الزخم الزاوي
- تمرين حل
- المحلول
- عواقب الحركة الدورانية
- تأثير كوريوليس
- حساب تسارع كوريوليس
- المراجع
و حركة دوران الأرض هي التي تنفذ كوكبنا حول محور الأرض في اتجاه الغرب الى الشرق ويستمر يوم واحد تقريبا، وتحديدا 23 ساعة، 56 دقيقة و 3.5 ثانية.
هذه الحركة ، جنبًا إلى جنب مع الترجمة حول الشمس ، هي أهم ما تمتلكه الأرض. على وجه الخصوص ، فإن حركة الدوران لها تأثير كبير في الحياة اليومية للكائنات الحية ، لأنها تؤدي إلى النهار والليالي.
الشكل 1. بفضل حركة الأرض ، تظل إحدى المناطق مضيئة (نهارًا) والأخرى في الليل. المصدر: Pixabay.
لذلك ، كل فترة زمنية لها قدر معين من الإضاءة الشمسية ، وهو ما يسمى عادة بالنهار ، وغياب ضوء الشمس أو الليل. يحمل دوران الأرض أيضًا تغيرات في درجة الحرارة ، لأن النهار هو فترة ارتفاع في درجة الحرارة ، بينما الليل فترة تبريد.
تمثل هذه الظروف علامة فارقة في جميع الكائنات الحية التي تسكن الكوكب ، مما أدى إلى ظهور العديد من التكيفات من حيث عادات الحياة. وبحسب ذلك ، فقد حددت الشركات فترات النشاط والراحة حسب عاداتها وتأثرها بالبيئة.
من الواضح أن المناطق الفاتحة والمظلمة تتغير مع حدوث الحركة. عند قسمة 360 درجة التي لها محيط ، بين الساعات الأربع والعشرين التي يتم تقريب اليوم إليها ، يتبين أنه في ساعة واحدة تدور الأرض بمقدار 15 درجة في اتجاه الغرب والشرق.
لذلك ، إذا انتقلنا إلى الغرب بزاوية 15 درجة قبل ذلك بساعة ، والعكس يحدث إذا سافرنا إلى الشرق.
قدرت سرعة دوران الأرض على محورها بـ 1600 كم / ساعة عند خط الاستواء ، مع ما يترتب على ذلك من انخفاض مع اقترابها من القطبين ، إلى أن تلغى على محور الدوران.
الخصائص والأسباب
يكمن سبب دوران الأرض حول محورها في أصول النظام الشمسي. ربما قضت الشمس وقتًا طويلاً فقط بعد أن أتاحت الجاذبية ولادتها من المادة غير المتبلورة التي تملأ الفضاء. عندما تشكلت ، اكتسبت الشمس الدوران الذي توفره سحابة المادة البدائية.
انضغمت بعض المواد التي أدت إلى ظهور النجم حول الشمس لتكوين الكواكب ، والتي كان لها أيضًا نصيبها من الزخم الزاوي للسحابة الأصلية. وبهذه الطريقة ، فإن جميع الكواكب (بما في ذلك الأرض) لها حركتها الدورانية في اتجاه الغرب والشرق ، باستثناء كوكب الزهرة وأورانوس ، اللذان يدوران في الاتجاه المعاكس.
يعتقد البعض أن أورانوس اصطدم بكوكب آخر بنفس الكثافة ، وبسبب الاصطدام ، غير محوره واتجاه دورانه. على كوكب الزهرة ، يمكن أن يفسر وجود المد الغازي سبب انعكاس اتجاه الدوران ببطء بمرور الوقت.
الزخم الزاوي
الزخم الزاوي ، في الدوران ، هو الزخم الخطي للترجمة. بالنسبة لجسم يدور حول محور ثابت مثل الأرض ، يُعطى حجمه من خلال:
في هذه المعادلة L هو الزخم الزاوي (kg.m 2 / s) ، وأنا لحظة القصور الذاتي (kg · m 2) و w السرعة الزاوية (راديان / ثانية).
يتم الحفاظ على الزخم الزاوي طالما لا يوجد عزم دوران صافٍ يعمل على النظام. في حالة تكوين النظام الشمسي ، تعتبر الشمس والمادة التي أدت إلى نشوء الكواكب نظامًا معزولًا لا تسبب فيه أي قوة عزم دوران خارجي.
تمرين حل
بافتراض أن الأرض هي كرة مثالية وتتصرف كجسم صلب وباستخدام البيانات المقدمة ، يجب إيجاد زخم دورانها الزاوي: أ) حول محورها و ب) في حركتها الانتقالية حول الشمس.
المحلول
أ) تحتاج أولاً إلى اعتبار لحظة القصور الذاتي للأرض بمثابة كرة نصف قطرها R وكتلة M.
يتم حساب السرعة الزاوية على النحو التالي:
حيث T هي فترة الحركة ، وهي في هذه الحالة 24 ساعة = 86400 ثانية ، لذلك:
الزخم الزاوي للدوران حول محوره هو:
ب) فيما يتعلق بالحركة الانتقالية حول الشمس ، يمكن اعتبار الأرض كائنًا نقطيًا ، تكون لحظة القصور الذاتي فيها I = MR 2 m
في السنة هناك 365 × 24 × 86400 ثانية = 3.1536 × 10 7 ثانية ، والسرعة الزاوية المدارية للأرض هي:
بهذه القيم يكون الزخم الزاوي المداري للأرض هو:
عواقب الحركة الدورانية
كما ذكرنا أعلاه ، فإن تعاقب النهار والليالي ، مع تغير كل منهما في ساعات الضوء ودرجة الحرارة ، هو أهم نتيجة لحركة دوران الأرض على محورها. ومع ذلك ، فإن تأثيرها يمتد قليلاً إلى ما وراء هذه الحقيقة الحاسمة:
- يرتبط دوران الأرض ارتباطًا وثيقًا بشكل الكوكب. الأرض ليست كرة مثالية مثل كرة البلياردو. أثناء دورانه ، تتطور القوى التي تشوهها ، مما يتسبب في انتفاخ عند خط الاستواء والتسطيح اللاحق عند القطبين.
- يؤدي تشوه الأرض إلى تقلبات صغيرة في قيمة تسارع الجاذبية الأرضية g في أماكن مختلفة. وهكذا ، على سبيل المثال ، تكون قيمة g أكبر عند القطبين منها عند خط الاستواء.
- تؤثر الحركة الدوارة بشكل كبير على توزيع التيارات البحرية وتؤثر إلى حد كبير على الرياح ، نظرًا لأن كتل الهواء والماء تعاني من انحرافات عن مسارها سواء من حيث اتجاه عقارب الساعة (نصف الكرة الشمالي) أو في الاتجاه المعاكس (نصف الكرة الجنوبي).
- تم إنشاء المناطق الزمنية من أجل تنظيم مرور الوقت في كل مكان ، حيث تضيء مناطق مختلفة من الأرض بالشمس أو تغمق.
تأثير كوريوليس
تأثير كوريوليس هو نتيجة لدوران الأرض. نظرًا لوجود التسارع في كل دوران ، لا تعتبر الأرض إطارًا مرجعيًا بالقصور الذاتي ، وهو ما هو مطلوب لتطبيق قوانين نيوتن.
في هذه الحالة ، تظهر ما يسمى بالقوى الزائفة ، وهي القوى التي لا يكون مصدرها ماديًا ، مثل قوة الطرد المركزي التي يعاني منها ركاب السيارة عندما تصنع منحنى وتشعر أنهم ينحرفون إلى جانب واحد.
لتصور آثارها ، ضع في اعتبارك المثال التالي: هناك شخصان A و B على منصة في عكس اتجاه عقارب الساعة ، وكلاهما في حالة راحة فيما يتعلق به. يرمي الشخص "أ" الكرة إلى الشخص "ب" ، ولكن عندما تصل الكرة إلى المكان الذي كانت فيه "ب" ، تكون قد تحركت بالفعل وانحرفت الكرة مسافة s ، مارة خلف ب.
الشكل 2. تسارع كوريوليس يجعل الكرة تنحرف عن مسارها جانبياً.
قوة الطرد المركزي ليست مسؤولة في هذه الحالة ، فهي تعمل بالفعل خارج المركز. هذه هي قوة كوريوليس ، وتأثيرها هو انحراف الكرة جانبياً. يحدث أن كلا من A و B لهما سرعات تصاعدية مختلفة ، لأنهما على مسافات مختلفة من محور الدوران. تكون سرعة B أكبر ويتم الحصول عليها من خلال:
حساب تسارع كوريوليس
تسارع كوريوليس له تأثيرات كبيرة على حركة الكتل الهوائية ، وبالتالي يؤثر على المناخ. هذا هو السبب في أنه من المهم أخذها في الاعتبار لدراسة كيفية تحرك التيارات الهوائية والتيارات المحيطية.
يمكن للناس أيضًا تجربة ذلك عندما يحاولون المشي على منصة تدور ، مثل دائري متحرك.
بالنسبة للحالة الموضحة في الشكل السابق ، افترض أن الجاذبية لم تؤخذ في الاعتبار وأن الحركة يتم تصورها من نظام مرجعي بالقصور الذاتي خارج المنصة. في هذه الحالة ، تبدو الحركة كما يلي:
الشكل 3. إطلاق الكرة من خلال نظام مرجعي بالقصور الذاتي. المسار التالي مستقيم (لا تؤخذ الجاذبية في الاعتبار).
الانحراف الذي تتعرض له الكرة عن الموضع الأصلي للشخص B هو:
لكن R B - R A = vt ، إذن:
الصورة = ω. (vt). ر = ω vt 2
إنها حركة ذات سرعة ابتدائية 0 وتسارع ثابت:
أ كوريوليس = 2ω.v
المراجع
- Aguilar، A. 2004. الجغرافيا العامة. الثاني. الإصدار. برنتيس هول. 35-38.
- جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. 214-216. برنتيس هول.
- Lowrie، W. 2007. أساسيات الجيوفيزياء. الثاني. الإصدار. مطبعة جامعة كامبريدج 48-61.
- اوستر ، ل. 1984. علم الفلك الحديث. عودة الافتتاحية. 37-52.
- مشاكل فيزياء العالم الحقيقي. قوة كوريوليس. تم الاسترجاع من: real-world-physics-problems.com.
- لماذا تدور الأرض؟ تم الاسترجاع من: spaceplace.nasa.gov.
- ويكيبيديا. تأثير كوريوليس. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org.