地球自转及其证明 地球自转就是地球本身的旋转。它的旋转轴叫地轴，地轴通过地球的中心，所以，地球的这种绕轴旋转被称为“自”转，以别于它绕太阳的公转。地球自转的方向，在北半球看起来呈逆时针方向（南半球反之），这样的方向被叫做向东。太阳从东方升起，正是由于地球向这个方向自转。 近代天文学奠基人哥白尼首先从理论上论证，“天旋”是由于“地转”。他用几何方法严格地证明：“天比地大，其大无比”，如果让庞大无比的天穹，在24小时内绕小小的地球旋转一周，那是令人无法思议的。伽利略说得更尖刻：“如果有人认为，为了使地球保持静止状态，整个宇宙应当转动，是不合理的；试想有个人爬上你府上大厦的穹顶，想要看一看全城和周围的景色，但是连转动一下自己的头都嫌麻烦，而要求整个城郊绕着他转；这两者比较起来，前者还要不近情理得多地静说比起上述那个要求整个城郊围绕转动的例子，其荒谬程度有过之而无不及。”① 地球的自转，有许多理论和实验上的证据。其中，很雄辩和直观的证据，当推法国物理学家傅科（1819—1868）在巴黎进行的摆的实验（为纪念他的这个功绩，后人称这种摆为“傅科摆”）。如所周知，摆总是力图保持其摆动面的方向不变。有了这个不变的摆动面作标记，人们就有条件目睹足下大地的旋转而深信不疑。 图3－l傅科摆的悬挂：保证它的摆动超然于地球的自转 傅科摆与普通单摆没有什么根本的不同，只是它采取一种特殊的悬挂装置，以保证它的摆动超然于地球的自转（图3—1）。同时，为了使摆动的持续时间达到足够长度，以便能清楚地看出地球自转的效果，傅科摆比普通单摆要大得多。傅科当时用一根67米长的钢丝绳为摆长，上端系在教堂大厅的穹顶上，下端吊一个27千克重的金属球，构成一个举世罕见的特大号的单摆。绳长，是为了增加摆的振幅和周期；锤重，是为了有效地克服空气阻力的影响。摆锤的下方嵌一枚尖针；地面上，在摆锤往返经过的地方，安放二个沙盘。这样，当摆锤往复摆动的时候，尖针便在沙盘上划出一道道痕迹来（图3—2）。 傅科的实验表明，摆锤在沙盘上留下的痕迹并不重合，但都在中心相交。他当时测定，在离中心4米远的沙盘上，摆锤连续二次所划出的痕迹，相隔3.6mm。很明显，相对于地面（沙盘）方向来说，摆动面在缓慢地、持续地沿顺时针方向偏转。 这个实验宜在高纬度地带进行。在北极，朝着某个恒星方向摆动的摆，会追随这颗恒星作周日运动（图3—3），每小时偏转15°。这一事实表明，摆动面始终保持在恒星的方向，而它同经线方向之间的关系则发生了变化。它生动地证明：地球按逆时针方向（向东）旋转。 理论和实验证明，傅科摆偏转的方向，因南北半球而不同：北半球右偏，
①伽利略.关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话.上海：上海人民出版社，1974.151页.
南半球左偏。偏转的速度，则与纬度的正弦成正比。 如图3－4所示，A地的纬度为?，经过短暂的时间△t以后，它随地球自转移至A′。PA和PA′分别表示A和A′两地经线的切线方向，两线相交于地轴延长线上，其夹角为△θ。∠APO＝?（对应边互相垂直）。在△t时间内，地球自转的角度为∠AOA′＝△η。
Ç
Ç
QDh=
AA'
Dq=
AA'
(QDq很小)
OA
PA
Dh
OA
OA
\
=
而
=sinj
Dh
PA
PA
图3—2傅科摆示意图它的特点是绳长、锤重，使摆动能持续较长时间，并在沙盘上留下摆动的轨迹 图3—3假想在北极进行傅科摆实验左图：摆动面沿本初子午线方向，同时指向北冰洋上一座冰山与天空中的某恒星。右图；6小时后，子午线（连同观测者）和冰山随地球转动了90°，而摆动面保持不变，仍指向天空中那颗恒星。实验证明，摆下的地球在向左、即向东自转着。相对而言，摆动面右偏了90°。
\Dq=Dh×sinj
Dq
Dh
=
×sinj
Dt
Dt
当△t→0时，有：
dq
=
dh
×sinj
dt
dt
而
dq
为傅科摆偏转的角速度；
dh
=v0=15°/h，为地球自转的角速度。
dt
dt
图3—4傅科摆偏转速度 图3—5在两极，傅科摆偏转很快（与地球自转［角］速度相同）；在赤道，偏转速度为零 即傅科摆偏转的（角）速度与所在地的纬度的正弦成正比。例如： 在赤道上，?=0°，sin?＝0，θ＝0，傅科摆不发生偏转（见图3－5）。在两极，?＝90°，sin?＝1，θ＝15°/h，傅科摆偏转速度很大，等 于地球自转的（角）速度。 在南北纬30°，sin?＝1/2，θ＝7.5°/h。
电话：
微信：
标签：
