- Đặc điểm và nguyên nhân
- Động lượng góc
- Bài tập đã giải quyết
- Giải pháp
- Hệ quả của chuyển động quay
- Hiệu ứng Coriolis
- Tính toán gia tốc Coriolis
- Người giới thiệu
Chuyển động quay của Trái đất là chuyển động mà hành tinh của chúng ta thực hiện quanh trục Trái đất theo hướng đông tây và kéo dài khoảng một ngày, cụ thể là 23 giờ, 56 phút và 3,5 giây.
Chuyển động này cùng với sự dịch chuyển xung quanh mặt trời là những chuyển động quan trọng nhất mà Trái đất có được. Đặc biệt, chuyển động quay có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống hàng ngày của chúng sinh, vì nó sinh ra ngày và đêm.
Hình 1. Nhờ chuyển động của Trái đất, một khu vực vẫn được chiếu sáng (ban ngày) trong khi khu vực kia là ban đêm. Nguồn: Pixabay.
Do đó, mỗi khoảng thời gian có một lượng mặt trời chiếu sáng nhất định, thường được gọi là ngày, và không có ánh sáng mặt trời hoặc ban đêm. Sự quay của Trái đất cũng mang theo những thay đổi về nhiệt độ, vì ban ngày là thời kỳ ấm lên, trong khi ban đêm là thời kỳ lạnh đi.
Những hoàn cảnh này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong tất cả các sinh vật sống trên hành tinh, làm phát sinh vô số sự thích nghi về thói quen sống. Theo đó, các công ty đã thiết lập thời kỳ hoạt động và nghỉ ngơi theo tập quán của họ và chịu ảnh hưởng của môi trường.
Rõ ràng, vùng sáng và vùng tối thay đổi khi chuyển động diễn ra. Khi chia 360º có chu vi, giữa 24 giờ mà một ngày được làm tròn, thì thấy rằng trong 1 giờ trái đất đã quay được 15º theo hướng tây - đông.
Do đó, nếu chúng ta di chuyển về phía tây 15º thì sớm hơn một giờ, điều ngược lại xảy ra nếu chúng ta di chuyển về phía đông.
Tốc độ quay của Trái đất trên trục của chính nó đã được ước tính vào khoảng 1600 km / h tại đường xích đạo, do đó sẽ giảm dần khi nó đến gần các cực, cho đến khi nó bị hủy ngay trên trục quay.
Đặc điểm và nguyên nhân
Lý do mà Trái đất quay quanh trục của nó nằm ở nguồn gốc của hệ Mặt trời. Có thể Mặt trời đã trải qua một thời gian dài chỉ sau khi lực hấp dẫn được tạo ra từ vật chất vô định hình sinh sống trong không gian. Khi hình thành, Mặt trời có được vòng quay do đám mây vật chất nguyên thủy cung cấp.
Một số vật chất hình thành ngôi sao được nén chặt quanh Mặt trời để tạo ra các hành tinh, hành tinh này cũng có chung mômen động lượng của đám mây ban đầu. Theo cách này, tất cả các hành tinh (bao gồm cả Trái đất) đều có chuyển động quay theo hướng đông tây, ngoại trừ sao Kim và sao Thiên Vương, chúng quay theo hướng ngược lại.
Một số người tin rằng Sao Thiên Vương đã va chạm với một hành tinh khác có mật độ tương tự và do va chạm đã làm thay đổi trục và hướng quay của nó. Trên sao Kim, sự tồn tại của thủy triều thể khí có thể giải thích tại sao hướng quay chậm đổi chiều theo thời gian.
Động lượng góc
Động lượng góc, trong chuyển động quay, động lượng tuyến tính là gì đối với phép tịnh tiến. Đối với một vật thể quay quanh một trục cố định như Trái đất, độ lớn của nó được cho bởi:
Trong phương trình này, L là momen động lượng (kg.m 2 / s), I là momen quán tính (kg.m 2 ) và w là vận tốc góc (radian / s).
Mômen động lượng được bảo toàn miễn là không có mômen thuần nào tác dụng lên hệ. Trong trường hợp hình thành hệ Mặt Trời, Mặt Trời và vật chất sinh ra các hành tinh được coi là một hệ cô lập, trên đó không có lực nào gây ra mômen bên ngoài.
Bài tập đã giải quyết
Giả sử rằng Trái đất là một hình cầu hoàn hảo và hoạt động giống như một vật thể cứng và sử dụng dữ liệu được cung cấp, mômen quay của nó phải được tìm thấy: a) quanh trục của chính nó và b) trong chuyển động tịnh tiến quanh Mặt trời.
Giải pháp
a) Đầu tiên bạn cần coi momen quán tính của Trái đất là một hình cầu bán kính R và khối lượng M.
Vận tốc góc được tính như sau:
Trong đó T là chu kỳ của chuyển động, trong trường hợp này là 24 giờ = 86400 s, do đó:
Mômen động lượng của chuyển động quay quanh trục của chính nó là:
b) Về chuyển động tịnh tiến quanh Mặt trời, có thể coi Trái đất là vật điểm, có momen quán tính là I = MR 2 m
Trong một năm có 365 × 24 × 86400 s = 3,1536 × 10 7 s, vận tốc góc theo quỹ đạo của Trái đất là:
Với các giá trị này, momen động lượng quỹ đạo của Trái đất là:
Hệ quả của chuyển động quay
Như đã đề cập ở trên, sự liên tiếp của ngày và đêm, với những thay đổi tương ứng về giờ ánh sáng và nhiệt độ, là hệ quả quan trọng nhất của chuyển động quay của Trái đất trên trục của chính nó. Tuy nhiên, ảnh hưởng của nó vượt ra ngoài thực tế quyết định này một chút:
- Sự tự quay của Trái đất có quan hệ mật thiết với hình dạng của hành tinh. Trái đất không phải là một khối cầu hoàn hảo như quả bóng bi-a. Khi nó quay, các lực phát triển làm biến dạng nó, gây ra hiện tượng phồng lên ở đường xích đạo và sau đó làm phẳng ở các cực.
- Sự biến dạng của Trái Đất làm phát sinh dao động nhỏ của giá trị gia tốc trọng trường g ở những nơi khác nhau. Vì vậy, ví dụ, giá trị của g ở hai cực lớn hơn ở xích đạo.
- Chuyển động quay ảnh hưởng lớn đến sự phân bố của các dòng hải lưu và ảnh hưởng lớn đến gió, do thực tế là các khối không khí và nước bị lệch khỏi quỹ đạo theo chiều kim đồng hồ (bán cầu bắc) và ngược chiều (bán cầu nam).
- Múi giờ đã được tạo ra, để điều chỉnh thời gian trôi qua ở mỗi nơi, khi các khu vực khác nhau của Trái đất được mặt trời chiếu sáng hoặc bị tối.
Hiệu ứng Coriolis
Hiệu ứng Coriolis là hệ quả của quá trình tự quay của Trái đất. Vì gia tốc tồn tại trong mọi chuyển động quay, nên Trái đất không được coi là một hệ quy chiếu quán tính, đó là điều cần thiết để áp dụng các định luật Newton.
Trong trường hợp này, cái gọi là lực giả xuất hiện, các lực có nguồn gốc không phải là vật chất, chẳng hạn như lực ly tâm mà hành khách trên xe ô tô phải chịu khi nó tạo ra một khúc cua và cảm thấy rằng họ đang bị chuyển hướng sang một bên.
Để hình dung tác dụng của nó, hãy xem xét ví dụ sau: có hai người A và B trên một bệ quay ngược chiều kim đồng hồ, cả hai đều đang đứng yên đối với nó. Người A ném một quả bóng cho người B, nhưng khi quả bóng đến vị trí của người B, nó đã chuyển động và quả bóng bị lệch đi một khoảng s, bay ra phía sau người B.
Hình 2. Gia tốc Coriolis làm cho quả bóng lệch đường đi của nó.
Lực ly tâm không chịu trách nhiệm trong trường hợp này, nó đã hoạt động ra khỏi tâm. Đây là lực Coriolis, tác dụng của nó là làm lệch hướng trái bóng. Điều xảy ra là cả A và B đều có tốc độ đi lên khác nhau, vì chúng ở những khoảng cách khác nhau so với trục quay. Tốc độ của B lớn hơn và chúng được cho bởi:
Tính toán gia tốc Coriolis
Gia tốc Coriolis có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển động của các khối khí, và do đó ảnh hưởng đến khí hậu. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải tính đến việc nghiên cứu cách chuyển động của các dòng không khí và hải lưu.
Mọi người cũng có thể trải nghiệm điều này khi họ cố gắng đi bộ trên một nền tảng đang quay, chẳng hạn như băng chuyền di chuyển.
Đối với trường hợp được hiển thị trong hình trước, giả sử rằng trọng lực không được tính đến và chuyển động được hình dung từ một hệ quy chiếu quán tính, bên ngoài nền tảng. Trong trường hợp này, chuyển động trông như thế này:
Hình 3. Sự phóng của quả bóng nhìn từ một hệ quy chiếu quán tính. Đường đi theo sau là đường thẳng (không tính đến trọng lực).
Độ lệch của quả cầu so với vị trí ban đầu của người B là:
Nhưng R B - R A = vt, thì:
s = ω. (vt). t = ω vt 2
Đó là chuyển động có vận tốc ban đầu 0 và gia tốc không đổi:
a Coriolis = 2ω .v
Người giới thiệu
- Aguilar, A. 2004. Địa lý đại cương. lần 2. Phiên bản. Sảnh Prentice. 35-38.
- Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 214-216. Sảnh Prentice.
- Lowrie, W. 2007. Các nguyên tắc cơ bản của Địa vật lý. lần 2. Phiên bản. Nhà xuất bản Đại học Cambridge 48-61.
- Oster, L. 1984. Thiên văn học hiện đại. Reverte biên tập. 37-52.
- Các vấn đề vật lý thế giới thực. Lực Coriolis. Được khôi phục từ: real-world-physics-problems.com.
- Tại sao Trái đất quay? Lấy từ: spaceplace.nasa.gov.
- Wikipedia. Hiệu ứng Coriolis. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.