Геоцентрическая система

Сфера — неподвижная звезда

Cтраница 1

Сфера неподвижных звезд — последняя, внешняя по отношению к окружающим неподвижную Землю сферам Луны, Солнца и пяти планет, на которой согласно модели Птолемея располагались звезды. Птолемей употребляет здесь выражение так называемые, поскольку сфера неподвижных звезд, помимо суточного, совершает еще прецессионное движение параллельно эклиптике.  

Луны и крайней сферой неподвижных звезд, есть область вечно-равномерных движений, а сами звезды состоят из пятого — совершеннейшего элемента — эфира.  

На основании сказанного нам становится понятным, что сфера неподвижных звезд совершает в направлении последовательности знаков приблизительно такое перемещение по окружности, проходящей через середины зодиакальных созвездий. После этого нам нужно исследовать характер этого движения, иными словами, установить, совершается оно вокруг полюсов равноденственного круга или же вокруг полюсов наклонного круга, проходящего через середины зодиакальных созвездий. Это можно было бы установить и на основании рассмотренного выше перемещения по долготе, так как большие круги, проводимые через полюсы одного из указанных кругов, отсекают на другом круге неравные дуги, если, конечно, при незначительности перемещения по долготе в течение рассматриваемого небольшого промежутка времени возникающая от этого разница не окажется нечувствительной.  

Таким образом, можно заключить, что перемещение сферы неподвижных звезд по долготе совершается в направлении последовательности знаков и, как мы сказали, приблизительно на 1 градус в 100 лет, а именно на 22 / 3 градуса за 265 лет, протекших между Гиппарховыми и нашими наблюдениями; и все это устанавливается главным образом на основании разностей в широте тех звезд, что расположены близко к равноденственным точкам.  

Вследствие малости радиуса Земли по сравнению с радиусом сферы неподвижных звезд суточный параллакс звезды, т.е. угол, под которым с орбиты неподвижных звезд виден радиус Земли, практически равен нулю. А это означает, что наблюдения неподвижных звезд, выполненные с поверхности Земли, дадут тот же результат, как если бы они проводились из ее геометрического центра. О суточном параллаксе в явном виде Птолемей в Альмагесте не упоминает. Однако понятие лунного параллакса играет у него весьма существенную роль при определении расстояний до Луны и Солнца, а также в теории солнечных затмений.  

Демокрита, пространство Аристотеля конечно и ограниченно, ибо сфера неподвижных звезд пространственно замыкает космос; во-вторых, если пустота Демокрита является началом субстанциально-пассивным, лишь необходимым условием движения атомов, то эпос является началом субстанциально-активным и любое место наделено своей специфич. Последнее характеризует динамику Аристотеля, на базе к-рой была создана геоцентрич. Космос Аристотеля четко разделен на земной: ( подлунный) и небесный уровни. Материальные объекты подлунного мира участвуют либо в прямолинейных естеств. Земли), либо в вынужденных движениях, к-рые продолжаются, пока на них действует движущая сила. Небесный мир состоит вэ эфирных тел, пребывающих в бесконечном совершенном круговом еетеств. Соответственно в системе Аристотеля была развита матем.  

Космос до Гершеля еще был ограничен Солнечной системой и сферой неподвижных звезд, и это тоже оказывало свое влияние. Споры по вопросу об абсолютности пространства стали метафизикой, и в конце XVIII в, Лагранж в Аналитической механике обходит вопрос о выборе инерци-альной системы координат молчанием. Проблема пространственно-временной схемы в механике перестает быть предметом дискуссий, а фактически в основу кладутся положения ньютоновых Начал, ставшие настолько обыденными, что имя Ньютона с ними не связывается.  

На тело k, покоящееся в центре громадного быстро вращающегося полого шара Н ( заменяющего сферу неподвижных звезд), согласно законам гравитации Эйнштейна действует сила, аналогичная центробежной силе, которая воздействовала бы на тело k, если бы оно вращалось, а полый шар Н покоился бы. Разумеется, интенсивность этой силы при реализуемых соотношениях гораздо меньше: центробежная сила входит с очень малым множителем, равным отношению гравитационного радиуса полого шара к его геометрическому радиусу. Гравитационный радиус массы М, если она выражена в граммах, составляет 1 87 10 — 27 М сантиметров; например, гравитационный радиус Земли равен 0 5 сантиметрам, а гравитационный радиус Солнца 1 5 километрам. По Маху, центробежную силу, сплющенность Земли можно объяснить действием обращающегося вокруг покоящейся Земли звездного неба, если предположить, что среднее расстояние до звезд сравнимо с гравитационным радиусом их общей массы.  

В последние десятилетия стала известна еще одна удобная во многих отношениях система отсчета, полностью эквивалентная сфере неподвижных звезд. Это система отсчета, связанная с реликтовым излучением. По современным представлениям, Вселенная образовалась 10 — 15 млрд. лет назад в результате взрыва материи, находившейся в сверхплотном состоянии.  

Все же остальные можно будет исследовать геометрически, даже если в различных климатах будет изменяться наклонение зодиака и по отношению к нему будет происходить упомянутое движение сферы неподвижных звезд в направлении последовательности знаков.  

Поиски особенной среды, по отношению к которой действует классическая механика, ни к каким результатам не привели: ни эфир, материально заполняющий пространство, ни сфера неподвижных звезд, ни одна из тех средин, которым эту роль пытались приписать, не удовлетворяют полностью тем требованиям, которые механика предъявляла к абсолютной среде референции, к среде инерции. Оставалось признать, что такой среды не существует, что механика должна быть построена так, чтобы она ни в какой исключительной среде не нуждалась; и с такой установкой должна быть сообразована теория всех физических явлений.  

Евдокса Книдского, но приписал планетным сферам реальное физическое существование: Вселенная состоит из ряда концентрических — кристальных — сфер, движущихся с различными скоростями и приводимых в движение крайней сферой неподвижных звезд. Последним источником движения, неподвижным нерво-диигателем, является бог. Луны н центром Земли, есть область постоянной изменчивости и беспорядочных неравномерных движений, а все тела в этой области состоят из четырех низших элементов: земли, воды, воздуха и огня. Земля, как наиболее тяжелый элемент, занимает центр, место.  

Коперника, Б, стремился конкретизировать физический и астрономический смысл этого философского принципа, одновременно освобождая теорию Коперника от весьма существенных недостатков: от традиционного представления о конечности мироздания, замкнутого сферой неподвижных звезд, от взгляда, согласно к-рому Солнце неподвижно и составляет абсолютный центр вселенной.  

На основании наблюдений и сравнения относительных положений этих и других ярких звезд, а также на основании того, что расстояния остальных звезд, которые мы нашли, согласуются с ранее исследованными, мы сочли установленным, что сфера неподвижных звезд совершает указанной величины перемещение от солнцеворотных и равноденственных точек в направлении последовательности знаков зодиака, насколько это возможно заключить для соответствующего промежутка времени наблюдений, а также что это движение совершается вокруг полюсов наклонного круга, проведенного через середины зодиакальных созвездий, а не вокруг полюсов равноденственного круга, как в первом движении. После этого мы сочли уместным провести наблюдения каждой из упомянутых выше, а также и других звезд и составить для них каталог наблюдаемых в настоящее время долгот и широт, отнесенных не к равноденственному кругу, но к проходящему через середины зодиакальных созвездий, отсчитывая соответствующие величины по большим кругам, проведенным через полюсы зодиака и каждую из рассматриваемых звезд; в соответствии с установленной выше гипотезой об упомянутом движении измеряемые по этим кругам расстояния от зодиакального круга необходимо должны всегда усматриваться одними и теми же, а перемещения по долготе в направлении последовательности знаков должны в равные времена охватывать равные дуги.  

Кроме того, и апогеи эксцентров совершают некоторое небольшое движение в направлении последовательности знаков относительно тропических точек; это движение тоже будет равномерным вокруг центра зодиака и для всех планет почти одинаково с предположительно совершаемым сферой неподвижных звезд движением, т.е. на 1 градус в 100 лет, как можно видеть из предшествующего изложения. Мы нашли, кроме того, что для всех планет, кроме Меркурия, центры эпициклов перемещаются по кругам, хотя и равным эксцентрическим, производящим аномалию, но описанным не вокруг центров, а вокруг точек, делящих пополам прямые, соединяющие центры упомянутых кругов и зодиака.  

Геоцентрическая система мира в античности

Кстати, судя по опросам, около 30% жителей современной Земли до сих пор считают, что Солнце крутится вокруг нее. И думают так не только жители беднейших африканских стран, но и вполне себе россияне и американцы. И это несмотря на то что астрономию изучают в старших классах средней школы.

Говоря кратко, если встать на равнине и посмотреть по сторонам, видно, что Земля плоская, а Солнце и Луна вращаются вокруг нее. Это такая очевидная картина мира, что ранним античным философам даже не приходило в голову ее оспаривать.

Все тела падают вниз, если не встречают препятствия, а вот Земля остается на месте. Очевидно, что падать ей что-то мешает. У древних греков были по этому поводу следующие теории в хронологическом порядке :

  • Фалес Милетский считал, что планета плавает в мировом океане.
  • Анаксимен Милетский изложил доказательства, что она имеет форму диска, а от падения ее удерживает сжатый воздух.
  • Его учитель Анаксимандр думал, что все предметы стягиваются к центру вселенной, где и находится Земля, которая имеет форму широкого цилиндра, у которого просто нет оснований двигаться куда-нибудь.

Пифагор первым предположил, что Земля имеет форму сферы. Обосновал эту идею Аристотель. Он заметил, что лунное затмение случается, если Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой: тень от Земли падает на полную Луну и скрывает ее сияние. Эта тень всегда круглая, а потому она может падать только от шара.

Земля в центре Вселенной

Аристотель заметил, что все тяжелые тела падают отвесно вниз. Он считал, что они стремятся к центру мира. Земля — самое тяжелое из тел. Поэтому она и находится в центре, это естественное мироустройство. Пифагорейцы считали, что Земля может двигаться по орбите, но Аристотель это отвергал. Он утверждал, что если бы Земля двигалась, то можно было увидеть Луну с разных сторон. Раз этого не происходит, планета неподвижна, а спутник движется. Надо заметить, что в этом он был прав. Но Аристотель не предполагал, что небесные тела могут двигаться вокруг разных астрономических объектов.

Из-за наклона земной оси место, где встает Солнце, в течение года смещается. Единственные дни, когда оно встает в одной и той же точке — это примерно неделя в середине зимы или лета. Время, которое называется солнцестоянием. Для Плиния Старшего это явление было доказательством центрального положения Земли.

Клеомед же опровергал все возможные сомнения в геоцентризме. Если бы Земля находилась к востоку от центра, то на восходе тени были короче, чем на закате, а это не так. А если бы она была сдвинута к северу или югу, тени простирались не строго по оси восток-запад, а смещались южнее или севернее. К сожалению, эта теория подразумевает, что существует некоторый центр Вселенной, вокруг которого движется Солнце, а это не так.

Тот же Клеомед опровергал и возможность сравнительного расположения Земли выше или ниже центра: если бы точка отсчета находилась там, тогда было видно больше или меньше половины небосвода соответственно. А раз всего это не происходит, то Земля находится точно в центре. Он не учитывал, что небосвод — это не купол, а звезды к нему не приколочены.

Птолемей приводил аналогичные доводы в пользу геоцентрической модели. Кроме того, он объяснял, почему Земля не вращается вокруг своей оси: при движении в автомобиле (или телеге, учитывая время жизни создателя теории) любые незакрепленные предметы скатываются назад. Это явление называется инерцией.

Философ считал, что с предметами на Земле происходило бы то же самое, если она вращалась, то облака не смогли двигаться на восток: их за долю секунды сносило назад. Этого не происходит, поэтому неподвижная планета находится в центре координат. Опровергнуть эту теорию смогли только в XIX веке, с открытием первого закона Ньютона. Если тело движется равномерно и прямолинейно, инерции не возникает.

Другие небесные тела

Преимущество геоцентрической системы в том, что она просто, понятно и, с точки зрения античных знаний, логично объясняет устройство Вселенной. Луна действительно вращается вокруг Земли, Солнце и другие звезды остаются на месте, поэтому кажутся тоже вращающимся по орбите.

Но вот когда дело доходит до планет, начинаются проблемы. Они вращаются вокруг Солнца, как и Земля, но делают это с разной скоростью, поэтому кажется, что планеты движутся петлями по странной траектории. В античной астрономии это называлось ретроградным движением.

Такое их поведение не могло не выпасть из стройной теории. Тем более, в античности планеты считались вечными богами, а им не пристало суетиться и бегать то вперед, то назад. Чтобы объяснить их движение, философ Аполлон Пергский разработал теорию эпицикликов. Чтобы ее объяснить, можно представить себе гончарный круг. В центре его стоит Земля, а недалеко от края находится небольшой циркуль. Круг вращается, а циркуль движется одновременно и вместе с ним, и сам по себе. Его стержень — это планета. Она то приближается к Земле, то отдаляется от нее.

Теория эпицикликов неверна с точки зрения астрономии, но она неплохо позволяла описывать и с высокой степенью точности предсказывать взаимодействие планет. Это представление продержалось до XVI века.

Астрономия в средние века

С концом античности, приходом христианства и падением Рима геоцентрическая теория подзабылась. Но ей на смену пришел не гелиоцентризм, а идея плоского мира. В VI веке нашей эры византийский купец Косьма Индикоплов выпустил книгу «Христианская топография». В ней мир описывался с идеалистической библейской точки зрения. Автор утверждал:

  • Земля плоская и находится в центре океана;
  • вокруг нее движется солнечный диск;
  • небесный свод делит небеса на рай вверху и смертную земную часть внизу.

Эта теория полна аллегорий, и к реальной географии она имеет мало отношения. Вместо таблиц и математических расчетов она строится на представлениях об идеальном христианском мироустройстве. Так что уже через два века популярность книги пошла на спад.

К сожалению, византийские ученые не достигли уровня развития своих греческих предков. Теория геоцентризма была почти забыта и развивалась не в западном мире, а на исламском востоке.

Сочинения Аристотеля и Птолемея были переведены на арабский еще в VIII веке нашей эры. На многие годы, пока в Европе продолжались темные века, именно арабы стали хранителями античных знаний.

Исламские ученые внесли свой вклад в теорию геоцентризма. Они пытались определить, на каком расстоянии от Земли находятся небесные тела. Астроном Джафир ибн Афлах создал теорию, согласно которой ближе всего к Земле Луна, потом Солнце, а за ними идут звезды и планеты.

Математики Андалузии, которая в XIII веке принадлежала арабам, протестовали против теории эпициклов. Она противоречила идеям Аристотеля о том, что Земля находится в центре мира и является единственной точкой вращения Вселенной. Астрономы пытались доказать, что на самом деле планеты движутся по кругу, но не в той же плоскости, в которой находится Земля, а потому и кажется, что они совершают возвратные движения. К сожалению, эта теория противоречила всем наблюдениям и доказать ее не удалось.

В Европу теория геоцентризма вернулась только в эпоху Возрождения. Тогда астрономию по сочинениям древних греков начали изучать в университетах. Ученые того времени изучали возможность вращения Земли, но сочли, что это невозможно. К XV веку астрономия в Европе была столь же развита, как на востоке. И на это же время пришел ее закат.

Возникновение гелиоцентризма

В XVI веке польский астроном Николай Коперник предположил, что в планеты вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Это открытие стало началом научной революции в мире познания. Впервые в истории ученые стали не пытаться подвести окружающий мир под собственные представления о нем, а наблюдать действительность, какой она есть. С гелиоцентризма начинается современная наука.

Противником Коперника был датчанин Тихо Браге. Он не принял гелиоцентризм в полном виде, но и полностью отказаться от него не смог, потому предложил гео-гелицентрическую систему: в центре мира находится Земля, вокруг нее вращаются Луна и Солнце, а остальные планеты движутся вокруг звезды.

Теории Браге и Коперника соперничали следующие десятилетия, пока гелиоцентризм не победил окончательно. Этому помогло и изобретение телескопа, и открытие закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном.

Конечно, геоцентрическая система мира в астрономии неверна с точки зрения современности, но это была первая попытка научно объяснить космические явления. Античной философии приходилось бороться со сказками и аллегориями, на этом фоне геоцентризм, при всем своем несовершенстве, выглядит вершиной научной мысли. Он заложил основы для всей современной астрономии.

Раздел 2. Устройство Солнечной системы

Тема 1. Происхождение Солнечной системы.

  1. Проверка домашнего задания:Письменно выполненные задания №№ 2, 3, 6 на странице 29 учебника Е.П.Левитана.
  1. Просмотр фильма

3. Изучение новое темы. Переписать теорию:

Первичное представление окружающего мира.

Первые высеченные в камне звездные карты были созданы 32-35 тысяч лет назад. Знание созвездий и положений некоторых звезд обеспечивало первобытным людям ориентацию на местности и приблизительное определение времени ночью. Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу – их позже греки назвали «блуждающими” – планетами. Это послужило основой для создание первых наивных представлений об окружающем нас мире.

Фалес Милетский (624-547 гг. до н.э.) самостоятельно разработал теорию солнечных и лунных затмений, открыл сарос. Об истинной (сферической) форме Земли древнегреческие астрономы догадались на основе наблюдений формы земной тени во время лунных затмений.

Анаксимандр (610-547 гг. до н.э.) учил о бесчисленном множестве непрерывно рождающихся и гибнущих миров в замкнутой шарообразной Вселенной, центром которой является Земля; ему приписывалось изобретение небесной сферы, некоторых других астрономических инструментов и первых географических карт.

Пифагор (570-500 гг. до н.э.) первым назвал Вселенную Космосом, подчеркивая ее упорядоченность, соразмерность, гармоничность, пропорциональность, красоту. Земля имеет форму шара, потому что шар наиболее соразмерен из всех тел. Cчитал что Земля находится во Вселенной без всякой опоры, звездная сфера совершает полный оборот в течение дня и ночи и впервые высказал предположение, что вечерняя и утренняя звезда есть одно и то же тело (Венера). Считал что звезды находятся ближе планет.

Предлагает пироцентрическую схему строения мира = В центре священный огонь, а вокруг прозрачные сферы, входящие друг в друга на которых закреплена Земля, Луна и Солнце со звездами, затем планеты. Сферы, вращаясь с востока на запад и подчиняясь определенным математическим соотношениям. Расстояния до небесных светил не могут быть произвольными, они должны соответствовать гармоническому аккорду. Эта «музыка небесных сфер» может быть выражена математически. Чем дальше сфера от Земли, тем больше скорость и выше издаваемый тон.

Анаксагор (500-428 гг. г. до н.э.) предполагал, что Солнце — кусок раскаленного железа; Луна — холодное, отражающее свет тело; отрицал существование небесных сфер; самостоятельно дал объяснение солнечным и лунным затмениям.

Демокрит (460-370 гг. до н.э.) считал материю состоящей из мельчайших неделимых частиц — атомов и пустого пространства, в котором они движутся;

Вселенную — вечной и бесконечной в пространстве; Млечный Путь состоящим из множества неразличимых глазом далеких звезд; звезды — далекими солнцами; Луну — похожей на Землю, с горами, морями, долинами… «Согласно Демокриту, миров бесконечно много и они различных размеров. В одних нет ни Луны, ни Солнца, в других они есть, но имеют значительно большие размеры. Лун и солнц может быть больше, чем в нашем мире. Расстояния между мирами различны, одни больше, другие меньше. В одно и то же время одни миры возникают, а другие умирают, одни уже растут, а другие достигли расцвета и находятся на краю гибели. Когда миры сталкиваются между собой, они разрушаются. На некоторых совсем нет влаги, а также животных и растений. Наш мир находится в самом расцвете» (Ипполит «Опровержение всякой ереси», 220 г. н.э.).

Евдокс (408-355 гг. до н.э.) — один из крупнейших математиков и географов древности; разработал теорию движения планет и первую из геоцентрических систем мира. Он подбирал комбинацию из нескольких вложенных одна в другую сфер, причём полюса каждой из них были последовательно закреплены на предыдущей. 27 сфер, из них одна для неподвижных звёзд, вращаются равномерно вокруг различных осей и расположены одна внутри другой, к которым прикреплены неподвижные небесные тела.

Архимед (283-312 гг. до н.э.) впервые попытался определить размеры Вселенной. Считая Вселенную шаром, ограниченным сферой неподвижных звезд, а диаметр Солнца в 1000 раз меньшим, он вычислил, что Вселенная может вмещать 1063 песчинок.

Гиппарх (190-125 гг. до н.э.) «более, чем кто-либо доказал родство человека со звездами…он определил места и яркость многих звезд, чтобы можно было разобрать, не исчезают ли они, не появляются ли вновь, не движутся ли они, меняются ли они в яркости» (Плиний Старший). Гиппарх был создателем сферической геометрии; ввел сетку координат из меридианов и параллелей, позволявших определять географические координаты местности; составил звездный каталог, включавший 850 звезд, распределенные по 48 созвездиям; разделил звезды по блеску на 6 категорий — звездных величин; открыл прецессию; изучал движение Луны и планет; повторно измерил расстояние до Луны и Солнца и разработал одну из геоцентрических систем мира.

Геоцентрическая система строения мира (от Аристотеля до Птолемея).

Первая научно обоснованная теория строения мира была разработана Аристотелем и опубликована в 355г до НЭ в книге «О небе”. Признавая шарообразность Земли, Луны и небесных тел, отказывается от движения Земли и ставит ее в центр, так как считал, что звезды должны были бы описывать круги, а не находиться на месте (что было доказано лишь в 18 веке). Система получила название геоцентрической (Гея – Земля).

С развитием астрономии и получении более точных знаний о движении планет, система была доработана Гиппархом и окончательно кинематически разработана к 150 г. н.э. александрийским астрономом Клавдием Птолемеем(87-165) в сочинении,

состоящем из 13 книг «Великое математическое построение астрономии” (Альмагест). Для объяснения движения планет, применив систему эпициклов и деферентов.

Эпициклическая система Птолемея была простой, универсальной, экономичной и, несмотря на свою принципиальную неверность, позволяла предвычислять небесные явления с любой степенью точности; с её помощью можно было бы решать некоторые задачи современной астрометрии, небесной механики и космонавтики. Сам Птолемей, обладая честностью настоящего ученого, делал упор на чисто прикладной характер своей работы, отказываясь рассматривать её как космологическую ввиду отсутствия явных доказательств в пользу гео- или гелиоцентрической теорий мира.

По теории Птолемея:
1) Земля неподвижна и находится в центре мира;
2) планеты вращаются по строго круговым орбитам;
3) движение планет равномерно.

ФизикаУчебник для 10 класса

  • Законы механики справедливы в инерциальных системах отсчета. Какие системы отсчета можно считать инерциальными?

Инерциальные и неинерциальные системы отсчета

Легко понять, что любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно относительно данной инерциальной системы отсчета, также является инерциальной.

Легко понять, что любая система отсчета, которая движется равномерно и прямолинейно относительно данной инерциальной систВ самом деле, если тело относительно определенной инерциальной системы отсчета движется с постоянной скоростью 2, то и по отношению к системе отсчета, которая сама движется со скоростью = const, тело, согласно закону сложения скоростей, также будет двигаться с некоторой новой, но постоянной скоростью

1 = 2 — = const.

Например, машина, движущаяся по шоссе, параллельному железной дороге, со скоростью 100 км/ч вслед за равномерно движущимся со скоростью 60 км/ч поездом, имеет по отношению к поезду постоянную скорость 40 км/ч.

Напротив, любая система отсчета, движущаяся с ускорением относительно любой инерциальной системы отсчета, является неинерциальной. Действительно, если 2 = const, а скорость изменяется, то 1 также будет меняться с течением времени. Если в приведенном выше примере скорость поезда увеличивается, то скорость машины по отношению к поезду не будет постоянной.

Если систему отсчета, связанную с Землей, можно рассматривать как инерциальную, то и системы отсчета, связанные с поездом, движущимся с постоянной скоростью, или с кораблем, плывущим по прямой с неизменной скоростью, также будут инерциальными. Но как только поезд начнет увеличивать свою скорость, то связанная с ним система перестанет быть инерциальной. Закон инерции и второй закон Ньютона перестанут выполняться, если рассматривать движение по отношению к таким системам.

Геоцентрическая система отсчета инерциальна лишь приближенно

Геоцентрическая система не является строго инерциальной. Наиболее близка к инерциальной система отсчета, связанная с Солнцем и неподвижными звездами. Земля же движется по отношению к этой системе с ускорением. Во-первых, она вращается вокруг своей оси и, во-вторых, движется вокруг Солнца.

Ускорение, обусловленное обращением Земли вокруг Солнца, очень мало, так как велик период обращения (год). Значительно больше (примерно в шесть раз) ускорение, возникшее из-за вращения Земли вокруг оси с периодом Т = 24 ч. Но и оно невелико. На поверхности Земли у экватора, где это ускорение наибольшее, оно равно

т. е. составляет всего 0,35% от ускорения свободного падения g = 980 см/с2. Именно поэтому систему отсчета, связанную с Землей, можно приближенно рассматривать как инерциальную(1).

Доказательство вращения Земли

Существуют явления, которые нельзя объяснить, если считать геоцентрическую систему отсчета инерциальной. К ним относится поворот относительно Земли плоскости колебаний маятника в знаменитом опыте Фуко, доказывающем вращение Земли.

Рассмотрим колебания маятника в гелиоцентрической инерциальной системе отсчета. Для большей наглядности и простоты будем считать, что опыт проводится на полюсе. Пусть в начальный момент времени маятнику сообщается некоторая скорость 0. Этим он выводится из положения равновесия. Действующие на маятник сила притяжения к Земле т и сила упругости подвеса маятника лежат в той же вертикальной плоскости, что и скорость 0 (рис. 2.28).

Рис. 2.28

Согласно второму закону Ньютона ускорение маятника совпадает по направлению с равнодействующей силой и поэтому лежит в той же плоскости. Следовательно, в указанной плоскости будет лежать и приращение скорости. А это значит, что с течением времени плоскость колебаний маятника в инерциальной системе отсчета должна оставаться неизменной. Так и происходит в гелиоцентрической системе. Однако система отсчета, связанная с Землей, не является инерциальной и относительно нее плоскость колебаний маятника поворачивается вследствие вращения Земли. Чтобы это обнаружить, необходимо подвес осуществить так, чтобы трение в нем было мало, а сам маятник сделать достаточно массивным. Иначе трение в подвесе заставит плоскость колебаний следовать за вращением Земли.

На средних широтах колебание маятника будет выглядеть несколько сложнее, но суть явления не изменится. Впервые такой опыт был проведен Ж. Фуко в 1850 г. в Париже. Смещение плоскости колебаний маятника относительно Земли становится-заметным уже через несколько минут.

Любая система отсчета, движущаяся относительно инерциальной системы с постоянной скоростью, также является инерциальной.

(1) Подробнее этот вопрос будет обсужден в главе 4.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *