從哪些現象我們能推測出地球自轉,1851年就有實驗證明這個問題

2020-12-17 巾屨有餘清

我們都知道地球的自轉運動,我們除了從課本上知道或者別人告訴我們這個真理,我們還能從哪些實際的現象中推測出這個道理,像一個科學家一樣拿出實際的證據證明這個結論是真實正確的呢?

其實有很多的現象都能說明地球在自轉,由於地球的旋轉便產生了一種離心力。這個離心力在赤道非常大但是在兩極為零,距離地軸距離越遠的物體受到離心力的影響越大。如果我們將一件物品從兩極帶到赤道我們會發現物品的質量變小了,這是因為離心力的緣故。地球是一個規則的球體,在赤道地球是凸出來的所以物品在赤道距離地軸變遠了受到的離心力也增強了,自然會變輕一些。

一個擺鐘在兩極在一天中會擺動86236次,如果將擺鐘放在赤道擺鐘只擺動86009次,擺動的幅度在赤道也會減小。在兩極從高空中落下一塊石頭因為引力很大所以第一秒所下落的距離會長一點,在赤道受到離心力的影響下落的速度會慢一點,第一秒下落的距離也會短一點。因為地球自轉產生的離心力在赤道能抵消289分之一的地心引力,這種離心力的大小是按照自轉速度的平方增加的,加入地球的自轉速度在加快17倍那麼在赤道離心力就會抵消所有的地心引力,在赤道上的物體就不會有重量了。

因為離地軸越遠離心力越大,所以在深井中物體下落的路徑不是垂直的而是要向東偏移一點,曾經有人做過深井實驗,因為有其他的因素幹擾所以實驗結果並不能達到理想中的狀態,但是還是可以觀測到物體向東偏移的現象。地球物理學上許多的現象也能證實地球自轉,地球的形狀是赤道突出兩極扁平的略成橢圓的球狀,這樣的形狀正好符合流體旋轉時會出現的形狀。氣象中的氣象系統也能說明地球的自轉,像溫帶的氣旋以及熱帶的季風,它們的旋轉方向都是因為地球的自轉引起的。

在1851年巴黎國葬院科學家博科做了一個非常有名的實驗,這個實驗能正確的現實地球的自轉運動。一根鋼絲懸掛在屋頂的金屬板上,鋼絲的下端繫著一個金屬球,金屬球的下端有一根尖針。所有的物體組成了一個擺,這個擺在運動的時候針尖在地面上的沙盤中劃出了痕跡。多次的擺動後沙盤上劃出的痕跡並不能互相重合。所有的痕跡只有中心是相交的,這顯示出擺在擺動的時候形成的平面是由東向西的,但是擺的擺動面是不動的沙盤上的痕跡之所以不重合是因為地球由西向東轉動把地面上的沙盤帶動的緣故。在這個實驗中,擺動面周圍作為標記的東西應該是運動的。我們將這個擺無限的放大,想像這個擺懸掛在宇宙中下面對應著地球的北極,這個擺擺動後形成的平面是沒有動的,但是因為地球在下面轉動,所以相對的會顯現出擺動面由東向西轉動了並且在一個恆星日中轉動了一周。

如果我們將這個擺放在赤道的上空,擺動面就不會出現這樣的轉動了。在既不是赤道也不是兩極的地區,擺的擺動面轉過的速度與緯度的正弦成正比。在巴黎的實驗中,擺動面旋轉一周需要的時間是31小時47分鐘。因為空氣的阻力作用擺只能擺動幾個小時就停止了,但是這個實驗足夠證明地球的自轉運動了。長67米的擺來回擺動一次的時間是16.5秒,底端的尖針在長4米的沙盤上留下的連續兩條痕跡相差3.6毫米,這便是地球繞著地軸自轉的實際證據。

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