تحقیق درباره ی حرکات زمین

حرکات زمین بطور کلی شامل حرکت وضعی و حرکت انتقالی می‌باشد. حرکت زمین به دور

محوری که نسبت به سطح مدار آن زاویه 23 درجه و 27 دقیقه تشکیل می‌دهد را حرکت

وضعی می‌گویند که هر 24 ساعت اتفاق می‌افتد و حرکت زمین را روی مدار بیضی شکلی

که قطر اطول آن بالغ بر بر 930 میلیون کیلومتر و به دور خورشید را حرکت انتقالی می‌گویند

که در هر 365 روز و 6 ساعت اتفاق می‌افتد. تمایل محور زمین نسبت به مدار آن در طول

حرکت انتقالی فصول را بوجود می‌‌آورد.

حرکت وضعی زمین

زمین در هر 24 ساعت یکبار به دور محوری که نسبت به سطح مدار آن زاویه 23 درجه 27 دقیقه

تشکیل می‌دهد، می‌چرخد یعنی زمین هر 24 ساعت یک بار از غرب به شرق به دور خود می‌گردد، از

این حرکت شب و روز حاصل می‌شود. به علت صلب بودن زمین ، سرعت خطی نقاط مختلف آن متناوب

است بطوری که سرعت خطی زمین در استوا 465.7 متر در ثانیه و سرعت خطی آن در قطبین صفر

است. در هر لحظه نیمی از زمین مقابل خورشید قرار می‌گیرد و نیمی دیگر تاریک است به این حرکت

که به دور محور فرضی زمین است که از قطبین می‌گذرد حرکت وضعی می‌گویند. و به این قسمت از

نیمه روشن زمین دایره عظیمه روشنایی نام نهاده‌اند.

تمایل محور زمین سبب می‌شود که در دو فصل زمستان و تابستان بخصوص دایره عظیمه روشنایی

قسمتی از قطبین را شامل شود و طول شبانه روز در دو نیمکره شمالی و جنوبی و در فصول مختلف

سال یکسان نباشد. زمین در هر ساعت 15 درجه به دور خورد می‌گردد طول هر روز از تقسیم زاویه بین

طلوع و غروب خورشید به 15 بدست می‌آید. در اعتدالین طول شبانه روز با همدیگر برابر است.

حرکت انتقالی زمین

زمین در هر 365 روز و 6 ساعت یکبار روی مدار بیضی شکلی که قطر بزرگ آن 930 میلیون کیلومتر طول

دارد و خروج از مرکز آن 0.0167 است به دور خورشید می‌چرخد. سرعت حرکت انتقالی زمین تقریبا

108000 کیلومتر در ساعت است. تمایل محور زمین نسبت به مدار آن ، در طول حرکت انتقالی فصول را

بوجود می‌آورد. مدار انتقالی زمین کاملا دایره نیست ، بلکه بیضوی است و خورشید در یکی از دو کانون

آن قرار دارد.

تاثیر حرکات زمین و تغییر فصول

اگر محور زمین کاملا بر مدار انتقالی عمود بود، تغییر فصول و تغییر طول شبانه روزی پیش نمی‌آمد ولی

ثابت بودن جهت محوری و در نتیجه ثابت بودن زوایه تمایل محوری نسبت به مدار حرکت انتقالی سبب

می‌گردد که در تابستان در نیمکره شمالی خورشید در حد مدار 23.5 شمالی یعنی مدار راس السرطان

به حالت عمودی بتابد و دایره عظیم روشنایی قطب شمال را در بر گیرد ولی قطب جنوب در تاریکی به

سربرد.درهمین حال خورشید در نیمکره شمالی وسط روز ظاهرمی‌شود و مقدار انرژی خورشیدی که

به نیمکره شمالی می‌رسد بیشتر از نیمکره جنوبی است.

در زمستان در نیمکره شمالی وضع برعکس است. خورشید در اوج خود در حد مدار 23.5 جنوب خط

استوا به حالت عمودی بر زمین می‌تابد. دایره عظیمه روشنایی قطب جنوب را روشن می‌کند و قطب

شمال در تاریکی فرو می‌رود خورشید در نیمکره شمالی در افق پائین ظاهر می‌شود ولی در نیمکره

جنوبی درافق بالاست.انرژی خورشیدی دراین دراین حال بیشتر به نیمکره جنوبی می‌رسد. مدار 23. 5

نیمکره جنوبی را راس الجدی می‌گویند.

تاثیر حرکات زمین بر تغییر طول شب و روز

در نیمکره شمالی و در فصل تابستان دایره عظیمه روشنایی از قطبین نمی‌گذارد و این دایره در

عرصه‌های بالا بیش از 1800 طول کره زمین را روشن می‌کند، در نتیجه طول شب و روز در تابستان با

همدیگر فرق می‌کند. چون طول ساعات هر روز در هر نقطه از تقسیم درجات دایره عظیمه روشنی آن

روز و در آن مکان 150 بدست می‌آید، لذا در تابستان در نیمکره شمالی روز‌ها بلند و شبها کوتاه است.

در اواسط فصول پاییز و بهار (یا حد اعتدالین) به خاطر حفظ تمایل محوری زمین ، در ضمن حرکت انتقالی

، دایره عظیمه روشنایی از قطبین می‌گذرد، در نتیجه در هر دو نیمکره شمالی و جنوبی دایره عظیمه

روشنایی ، در تمام عرضهای جغرافیایی تقریبا در وسط این دو فصل 180 زمین را در بر می‌گیرد و طول

شبانه روز باهم مساوی و برابر 12 ساعت می‌شود. طول شبانه روز در مدت زمان حرکت وضعی و تعداد

روزها در حرکت انتقالی یک سال همیشه ثابت نبوده است.

طول شبانه روز در فصول مختلف سال تا یک ربع ساعت اختلاف پیدا می‌کند به علاوه طول شبانه روز در

چهار صد میلیون سال پیش فقط 22 ساعت بوده است و تعداد روزهای سال به چهار‌صد می‌رسیده

است. این مطلب را از روی نمو روزانه مرجانها حساب کرده‌اند. در سطح زمین نقاطی که در بین استوا و

عرضهای 230.5 شمالی یا جنوبی هستند دو بار در سال ، در ظهر ، خورشید بر آنها بطور عمودی

می‌تابد و فاقد سایه هستند.

نوسان آونگ فوکو و چرخش زمین

آزمایش آونگ در حال نوسان فوکو (Fuucault) چرخش زمین را به نحو قانع کننده‌ای اثبات می‌کند. در

اساس این آزمایش نیروهایی که بر آونگ در حال نوسان وارد می‌شود، یعنی نیروی گرانشی و کشش

نخ در یک صفحه (صفحه نوسان آونگ) قرار دارند. بنابراین ، اگر آونگ آزادانه به حرکت در آید، همواره در

صفحه ثابتی نوسان خواهد کرد. این خاصیت بیانگر این مفهوم فیزیکی است که موقعیت صفحه آونگ در

حال نوسان در فضا تغییر نمی‌کند. اثبات چرخش زمین به توسط آونگ در حال نوسان ، کاملا شناخته

شده است. ولی اثبات دقیق این مطلب که صفحه آونگ در حال نوسان در اثر چرخش زمین می‌چرخد،

در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد.

آونگ پوشه خونف

در اوایل دهه 1950 پوشه خونف (Poshekhohov) روسی آونگی کشف کرد که چرخش روزانه زمین را

نشان می‌داد. این دستگاه آونگ معمولی نبود و دلیل چرخش آن براساس یک اصل جدیدی بود. این

آونگ از یک قاب عمودی تشکیل یافته است که بر روی پایه‌ای نصب گردیده است، بطوری که می‌تواند

به دور یک محوری چرخش کند. میله در حال چرخشی که دو انتهایش دارای وزنه می‌باشد به وسط یک

محور افقی که بین دو پهلوی قاب واقع شده،متصل می‌باشد.کاراین دستگاه بر اساس :

قانون بقای اندازه حرکت خطی است. آونگ پوشه خونف را می‌توان به نحو قابل قبولی برای نشان

دادن چرخش زمین بکار برد. در این صورت تغییر وضعیت بسیار سریعتر از آونگ فوکو حاصل می‌گردد.

مطالعه فضایی چرخش زمین

برای مطالعه موضوعی زمین ، می‌توان از آن فاصله گرفت و چرخش آنرا از فضا رصد نمود. به بیان دیگر

می‌توان به کرات دیگر سفر کرد و همان بررسیهایی که ما از زمین بر روی آنها انجام می‌دهیم، عکسش

را برای زمین انجام داد.البته از روی گردش فصول و تغییرات جوی،شرایط آب و هوایی ،توفان مغناطیسی

، کمربندهای تشعشعی زمین و پدیده‌های متنوع دیگری چرخش زمین را ثابت نموده و سرعت و دوره

تناوب چرخش را به دست آورد.

حرکت قمرهای مصنوعی حول زمین

یک قمر مصنوعی که بر روی مداری از زمین در حرکت است، فقط تحت تأثیر نیروی گرانشی زمین قرار

دارد که در صفحه این مدار واقع می‌باشد (البته عدم کرویت زمین لحاظ نمی‌شود). با توجه به این

واقعیت ، موقعیت صفحه مدار ماهواره نسبت به ستارگان در کوتاه مدت تغییر نمی‌کند. اگر زمین به دور

خود نمی‌چرخید، ماهواره در هر چرخش از نقاط یکسانی بر روی سطح زمین عبور می‌کرد. ولی از

آنجایی که چرخش زمین از غرب به شرق صورت می‌گیرد، مسیر حرکت ماهواره ، یعنی تصویر حرکت آن

بر روی سطح زمین ، پیوسته به غرب تغییر مکان می‌یابد.

از روی بررسی حرکت ماهواره حول زمین و نیز بررسی حرکت سایر اجرام آسمانی و قوانین حرکت آنها

و نیز قوانین کپلر بخصوص قانون سوم کپلر برای اجرام متحرک دوره چرخش و دامنه نوسانی لحاظ

می‌شود که با این بررسیها نیز می‌شود چرخش زمین را ثابت نمود و میزان دوره تناوب ، سرعت چرخش

را بدست آورد و پدیده‌های ناشی از این چرخش منظم زمین را مورد مطالعه قرار داد.

دید کلی

زمین در جمع 9 سیاره‌ای که بر گرد خورشید می‌گردند از سیارات کوچک بشمار می‌رود. از حیث قطر و

جرم پنجمین سیاره و از لحاظ فاصله از خورشید سیاره سوم است. سیاره‌ای است شبیه چند سیاره

دیگر . تا آنجا که مشاهده شده است تنها جایی است که در آن جیات وجود دارد. ولی زمین به هیچوجه

پایگاه خوبی برای رصدهای نجومی نیست. اشکال اصلی ساکن نبودن آن است و همه رصدها را باید به

خاطر این حرکت تصحیح کرد. به علاوه حرکتش ساده نیست بلکه ترکیب بسیار پیچیده‌ای از حرکات ،

دست کم شش حرکت اساسی است.

حرکات زمین »

1. زمین دور محورش روزی یکبار دوران می‌کند.

2. زمین بر گرد خورشید سالی یکبار دوران می‌کند.

3. محور زمین حرکت تقدیمی دارد.

4. محور زمین حرکت ترقص دارد (رقص محوری( .

خورشید همراه زمین و سیارات دیگر در میان خوشه محلی ستاره‌گان با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه

حرکت می‌کنند. حواس آدمی این حرکات را درنمی‌یابد همانطور که در ترنی که با حرکت یکنواخت پیش

می‌رود، مسافران سرعت آن را حس نمی‌کنند.

آزمایش فوکو و دوران زمین

ژ.ب.ل فوکو فیزیکدان فرانسوی در سال 1851 آزمایشی انجام داد که هدف آن بررسی دوران زمین بود.

تنها وسیله لازم برای این آزمایش یک آونگ است که از گلوله‌ای سربی و تک سیمی برای آویختن

تشکیل شده است. برای اندازه‌گیری دقیق ، سیم باید بلند باشد و گلوله سربی و سنگین باشد و آونگ

از نقطه‌ای ثابت و محکم آویخته شده باشد. آونگی که به آزادی نوسان می‌کند صفحه نوسانش را حفظ

می‌کند.

طرز عمل

آونگ را به نوسان در‌آورید.بر روی زمین با رسم خطی مسیر گلوله آونگ را مشخص کنید.یک ساعت بعد

نگاه کنید. این خط به اندازه 15 درجه در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت نسبت به صفحه‌ای که

آونگ در آن نوسان می‌کند چرخیده است.مشاهده می‌کنید که در یک روز نجومی ، این خط یک دور

کامل را در خلاف جهت حرکت عقربه‌های ساعت پیموده است.

آیا حرکت وضعی زمین حرکتی واقعی است؟

ما از حرکت واقعی زمین مطلع نیستیم. آنچه مشاهده می‌شود حرکتی ظاهری است به صورت دوران

ظاهری کره آسمان ، یعنی طلوع ستارگان و خورشید از افق شرقی و غروب آنها در افق غربی. نظیر این

رابطه میان حرکت واقعی و حرکت ظاهری ، در ترن متحرک نیز وجود دارد. چون از پنجره‌های قطاری که

رو به شمال می‌رود به بیرون نگاه کنیم حرکت ظاهری منظره‌های مجاور را به سمت جنوب مشاهده

خواهیم کرد.

چند اثر که معلول چرخش زمین هستند.

1- توانایی روز و شب: هر نقطه از زمین متناوبا رو به خورشید (روز) می‌کند یا پشت به آن (شب)

می‌دارد.

2- صلب بودن محور: محور زمین زاویه میل خود را با صفحه مدار حفظ می‌کند و پیوسته رو به سوی

ستاره جوی است از این لحاظ زمین چرخان شباهت بسیار با یک ژیروسکوپ چرخان دارد. محور زمین نیز

مانند محور ژیروسکوپ دارای حرکت تقدیمی است.

3- یک نیروی گریز از مرکز: که در استوا بیشترین مقدار را دارد و در قطب صفر است و بر هر جسمی که

بر روی زمین واقع است وارد می‌آید و در نتیجه آن وزن اجسام در قطب بیشتر است تا در استوا.

4- پخ بودن زمین در قطبها: احتمالا معلول این چرخش در زمانی بوده است که سطح زمین هنوز حالتی

مایع یا شکل پذیر داشته باشد.

یک آزمایش ساده

در شبی که ماه در آسمان نیست دهانه دوربین را به سوی ستاره قطبی (ستاره‌ای که رو به شمال

زمین قرار دارد) متوجه کنید و دیافراگم آن را به مدت چند ساعت باز نگه دارید در آن صورت مسیر حرکت

ستاره‌ها را ثبت خواهد کرد. تصویر بدست آمده نشان می‌دهد که ستاره قطبی ثابت است. این زمین

است که حرکت وضعی انجام می‌دهد.

مفاهیم پایه

چنین واقعیتی که انسان بر روی سیاره‌ای در حال چرخش سکونت دارد برای مدت زیاد غیر قابل اثبات

بود. به طور کلی شتابی که در اثر چرخش زمین پدید می‌آید (شتاب کوریولیس Coriolis Acceleration)

را می‌توان در یک سیستم در حال چرخش تشخیص داد. فرسایش سمت راست رودخانه‌ها در نیم کره

شمالی و سواحل سمت چپ در نیم کره جنوبی در اثر این شتاب صورت می‌گیرد. شتاب کوریولیس خود

را در جسمی که در حال حرکت است آشکار می‌کند، به علاوه دلیل غیر مستقیم چرخش زمین است.

پدیده‌هایی که دلیل چرخش زمین را ثابت می‌کنند بسیار متقاعد کننده‌تر از پدیده‌هایی هستند که

شتاب را تعیین می‌کنند. به نظر می‌رسد که حرکت روزانه قابل روئیت خورشید در آسمان و تغییراتی که

از روز تا شب پدید می‌آید، دلیل مسلمی برای چرخش زمین است.

اگر زمین ساکن بود چه می‌شد؟

اگر زمین ساکن بود و اجرام آسمانی و خورشید به دور آن می‌چرخیدند، باز هم

جهان وضعیت کنونی خود را می‌داشت. تشخیص چرخش اجرام سماوی دیگر بر مبنای مشاهدات

مستقیم امکان پذیر بود به عنوان مثال می‌شد که چرخش خورشید را از طریق جابجایی لکه خورشیدی

و چرخش مشتری را در اثر تغییرات ایجاد شده در اشکال سطح آن که از زمین قابل روئیت هستند،

مشاهده نمود. در صورتیکه برای زمین از مکان دیگر این امکان وجود نداشت.