如何證明地球在自轉?

2021-09-24 18:38:30 字數 2973 閱讀 2695

人在地球上放眼天外,等於巡視宇宙,可以看到無數像銀河那樣的星系。那麼,在沒有"高科技"的情況下,古人是如何知道地球在自轉呢?古人認為太陽東昇西落的原因是太陽、月亮、星星都在圍繞地球轉動,即"地心說"。

那麼,古人是如何知道地球在自轉呢?

古人認為太陽東昇西落的原因是太陽、月亮、星星都在圍繞地球轉動,即"地心說"。

地心說16世紀時,"太陽中心說"的創始人哥白尼曾依據相對運動原理提出了地球自轉的理論。可從他提出這一理論後的相當長一段時間內,這一理論只能停留在讓人們從主觀上接受的水平。

哥白尼像

直到19世紀才被法國的一位名叫傅科的物理學家,用他自己設計的一項實驗所證實。

傅科像2023年的某一天,法國物理學家萊昂·傅科邀請各界名流來到法國巴黎先賢祠,他要在這裡進行一次公開的科學實驗。

法國巴黎先賢祠

先賢祠建成於2023年,裡面供奉著法國歷史上做出過重大貢獻的人物。先賢祠頂部有個中空的穹頂,穹頂距地面將近70公尺,傅科的實驗就在穹頂底下的大廳裡進行。

傅科先讓人在穹頂上安裝了乙個鐘擺裝置,鐘擺長67公尺,垂在下面的擺錘是乙個重達28公斤的圓鐵球,鐵球的下方嵌入了一根尖針,尖針深入到地面上擺放的直徑6公尺的沙盤裡。

傅科擺傅科在法國巴黎萬神廟的圓頂上將他親手製作的傅科擺吊上,讓擺在廣場上悠然自得地擺動著。這時,成千上萬人前來**這一奇妙的實驗。隨著時間一分一秒地流逝,他們發現了奇蹟,那就是擺在悄悄地發生著"移動",並且是沿順時針方向發生旋轉。

傅科擺有的人在擺動開始時,明明看到擺球運動到自己眼前,又蕩了回去,可經過一段時間後,擺球竟離自己越來越遠。這對於圍觀的人們來講,他們通過對現象的觀測都得出這樣的結論,眼看著自己沒有移動,那一定是擺平面發生了"移動"。

傅科擺與自轉

所以究竟是怎麼回事呢?

· 傅科擺的奧秘

其實擺動的平面是不會發生移動的。我們知道作為一種物質運動形式,擺是無法擺脫地球自轉的。

傅科選用較長的金屬絲,是為了讓擺動的時間達到足夠的長度,這樣便於觀察擺動的變化,同時選用較重的擺球,是為了增加擺本身的慣性和動量,以克服空氣的阻力,一旦它擺動起來,作為一種運動狀態,有滯後於地球自轉的慣性,即能夠減少地球自轉的影響。

知道了這一點,我們就不難分析,由於地球的自轉,每乙個觀測者都被地球帶著運動,儘管觀測者站在原地沒有動,可腳下的地面是動了,也就等於把觀測者悄悄地帶離了原地。

因此,真正沒有移動的是擺動平面。

傅科擺的奧秘

傅科擺的擺動作為地球自轉的有力證據,現已為世界所公認。我國北京天文館的大廳裡就有乙個傅科擺,乙個金屬球在一根系在圓穹頂上的長長細線下來回擺動著。下面是乙個刻著度數的像鐵鍋似的大圓盤,人們可以由此讀取擺動平面旋轉的度數。

現在我們出門都不用步行了,自打幾次科技革命以來,我們的交通工具一直都在進步。坐船的朋友可能知道,當船行駛在海洋裡的時候,我們是感覺不到船在動的,只有當岸邊的景物往後退的時候,才可以感覺到船在動,其實道理是一樣的,雖然地球在自轉,但因為沒有參照物,所以是感知不到地球在"玩兒"的。但也有一些痕跡證明地球是在自轉的。

地球三維圖

第一種方法:黑天白天輪流轉換

在我們千萬年的文明之中,祖先們將地球自轉週期定位了365天,分出來四個節氣,還制定了春耕,芒種,寒露,雙降等氣候,而這一切也是因為地球在繞著太陽旋轉而成。在我們的書中,都可以看到地球在轉,周圍還有其他星球,而地球在自轉的同時,受空間引力的影響,一直都在圍繞北極星運轉。由此,人們將地球的南北極中間有一根自轉軸想象了出來。當地球的北半球靠近太陽時,北半球是白天,南半球是黑夜,當南半球靠近太陽時,南半球是白天,北半球是黑夜。當陽光射在北半球的較多時候,北半球就是夏季,另一邊就是冬季;逐漸移動到南半球的過程就是秋天;當陽光射移動到南回歸線較多的時候,南半球就是夏天,另一邊就是冬天。所以說地球自轉與我們的氣候有很大的關係。

· 第二種方法:觀察星體的移動痕跡

在晴朗的時候,可以找到乙個空曠的地方,晚上拿著手機開啟攝像頭慢慢旋轉,可以觀察到行星在向西偏移。其實這並不是行星在偏移,而是地球在自西向東的運轉,我們在地球上是不動的,但地球是動的,所以就形成了這樣的星圖軌跡。

· 第三種方法:觀察水流的方向

受地心偏向重力的影響,北半球是向左方向旋轉,南半球是向右方向旋轉。

· 第四種方法:植物的生長趨勢

在北半球,爬藤類植物是向左旋轉的,南半球植物是向右旋轉的,都是受陽光照射、地心引力的大小。南北半球的颱風的運動方向也不一樣,南半球向右,北半球向左。

· 第五種方法:路面/鐵軌消磨情況

在北半球路面一般是左邊磨損的比較嚴重,南半球則是右面磨損的嚴重;東西向的鐵路,北半球一般都是南面的磨損比較嚴重,南半球則是右邊;北半球河邊一般都是南邊的岸邊沖積比較嚴重,南半球則是北邊比較嚴重,都是由於地球的旋轉方向形成的。

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