如何证明地球在自转?

作者: 鹿跳跳啊

来源: 中科院地质地球所

发布日期: 2019-06-08

本文介绍了多种无需高科技手段,仅在近地表条件下证明地球自转的方法,包括傅科摆实验、星体移动痕迹观察、炮弹法、重力测量法、牙签法、旋涡法等,并通过这些方法的原理和实际操作,详细解释了地球自转的现象和科学依据。

我们不借助“高科技”并只在近地表的情况下,如何证明地球在自转呢?

古人认为太阳东升西落的原因是太阳、月亮、星星都在围绕地球转动,即“地心说”。16世纪时,“太阳中心说”的创始人哥白尼曾依据相对运动原理提出了地球自转的理论。可从他提出这一理论后的相当长一段时间内,这一理论只能停留在让人们从主观上接受的水平。直到19世纪才被法国的一位名叫傅科的物理学家,用他自己设计的一项实验所证实。

1851年的某一天,法国物理学家莱昂·傅科邀请各界名流来到法国巴黎先贤祠,他要在这里进行一次公开的科学实验。傅科在法国巴黎万神庙的圆顶上将他亲手制作的傅科摆吊上,让摆在广场上悠然自得地摆动着。这时,成千上万人前来观看这一奇妙的实验。随着时间一分一秒地流逝,他们发现了奇迹,那就是摆在悄悄地发生着“移动”,并且是沿顺时针方向发生旋转。

其实摆动的平面是不会发生移动的。我们知道作为一种物质运动形式,摆是无法摆脱地球自转的。傅科选用较长的金属丝,是为了让摆动的时间达到足够的长度,这样便于观察摆动的变化,同时选用较重的摆球,是为了增加摆本身的惯性和动量,以克服空气的阻力,一旦它摆动起来,作为一种运动状态,有滞后于地球自转的惯性,即能够减少地球自转的影响。

另外,在地球上可以观察到星体的移动痕迹。在晴朗的时候,可以找到一个空旷的地方,晚上拿着手机打开摄像头慢慢旋转,可以观察到行星在向西偏移。其实这并不是行星在偏移,而是地球在自西向东的运转,我们在地球上是不动的,但地球是动的,所以就形成了这样的星图轨迹。

地球时刻不停地在自转,地面上水平运动的物体,必然相对地发生持续的右偏(北半球)或左偏(南半球)。因此我们只需要在大于等于两次地向不在同一直线上的方向抛射炮弹,假设炮弹能飞的足够远,我们就能很明显看到炮弹的水平轨迹与炮筒不在同一个方向。

地球在时刻不停地自转,由于惯性离心力的作用,地面的重力加速度是赤道最小,两极最大;地球不是正球体,而是赤道略鼓,两极略扁的旋转椭球体。重力测量和弧度测量的结果,证实了这些观点的正确性,也就从一个侧面证实了地球的自转。

先用一只脸盆装满水,放在水平且不易振动的地方,待水静止后,轻轻放下一根木质细牙签,并在牙签的一端做一个记号,记住牙签的位置,过几个小时后,再去看时你就会发现,牙签已经转动了一定角度,看起来好像是牙签在转动,其实它并没有转动,而是地球在转动。

不管是浴室还是水库放水的时候,水涡是会旋转出现的。这其实就是因为地球自转形成了偏向力,也就是向心力,一般情况下北半球为逆时针旋转,南半球为顺时针旋转。台风和飓风的旋转方向也是一样的,从卫星云图上,会发现这些台风和飓风也是呈现旋转现象。

在我们的书中,都可以看到地球在转,周围还有其他星球,而地球在自转的同时,受空间引力的影响,一直都在围绕北极星运转。

由此,人们将地球的南北极中间有一根自转轴想象了出来。当地球的北半球靠近太阳时,北半球是白天,南半球是黑夜,当南半球靠近太阳时,南半球是白天,北半球是黑夜。当阳光射在北半球较多的时候,北半球就是夏季,另一边就是冬季;逐渐移动到南半球的过程就是秋天;当阳光射移动到南回归线较多的时候,南半球就是夏天,另一边就是冬天。

在北半球路面一般是左边磨损的比较严重,南半球则是右边磨损的严重;东西向的铁路,北半球一般都是南面的磨损比较严重,南半球则是北边。同样地,北半球河边一般都是南边的岸边冲积比较严重,南半球则是北边比较严重。如果河面上有垃圾漂浮物的话一般也会聚集在南岸(北半球),这些都是由于地球的旋转方向形成的。

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