話說地球自轉_2500字

地球繞自轉軸自西向東的轉動。地球自轉是地球的一種重要運動形式，自轉的平均角速度為 7.292×10-5弧度／秒，在地球赤道上的自轉線速度為 465米／秒。一般而言，地球的自轉是均勻的。但精密的天文觀測表明，地球自轉存在着3種不同的變化。　

　　為什麼地球會自傳？　

　　太陽系的幾乎所有天體包括小行星都自轉，而且是按照右手定則的規律自轉，所有或者說絕大多數天體的公轉也都是右手定則。為什麼呢？太陽系的前身是一團密雲，受某種力量驅使，使它彼此相吸，這個吸積過程，使密度稀的逐漸變大，這就加速了吸積過程。原始太陽星雲中的質點最初處在混飩狀，橫衝直闖，逐漸把無序狀態變成有序狀態，一方面，向心吸積聚變為太陽，另外，就使得這團氣體逐漸向扁平狀發展，發展的過程中，勢能變成動能，最終整個轉起來了。開始轉時，有這麼轉的，有那麼轉的，在某一個方向佔上風之後，都變成了一個方向，這個方向就是現在發現的右手定則，也許有其他太陽系是左手定則，但在我們這個太陽系是右手定則。地球自轉的能量來源就是由物質勢能最後變成動能所致，最終是地球一方面公轉，一方面自轉。　

　　而在宇宙中，摩擦力幾乎不存在，所以，一運動如果沒有外力來制止，它就會永遠的運動下去。（也就是慣性）　

　　自轉速度？　

　　20世紀初以後，天文學的一項重要發現是，確認地球自轉速度是不均勻的。人們已經發現的地球自轉速度有以下3種變化：① 長期減慢。這種變化使日的長度在一個世紀內大約增長1～2毫秒，使以地球自轉周期為基準所計量的時間，2000萬年來累計慢了2個多小時。引起地球自轉長期減慢的原因主要是潮汐摩擦。科學家發現在三億七千萬年以前的泥盆紀中期地球上大約一年400天左右。②周期性變化。20世紀50年代從天文測時的分析發現，地球自轉速度有季節性的周期變化，春天變慢，秋天變快，此外還有半年周期的變化。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風的季節性變化引起的。③不規則變化。地球自轉還存在着時快時慢的不規則變化。其原因尚待進一步分析研究。　

　　地球自轉軸對於地球本體的運動　

　　地球自轉軸在地球本體上的位置是經常在變動的，這種變動稱為地極移動，簡稱極移。1765年L.歐拉證明，如果沒有外力的作用，剛體地球的自轉軸將圍繞形狀軸作自由擺動 ， 周期為 305 恆星日 。1888年人們才從緯度變化的觀測中證實了極移的存在。1891年美國的S.C.張德勒進一步指出，極移包括兩種主要周期成分：一種是周期約14個月的自由擺動，又稱張德勒擺動；另一種是周期為12個月的受迫擺動。　

　　實際觀測到的張德勒擺動就是歐拉所預言的自由擺動。但因地球不是一個絕對剛體，所以張德勒擺動的周期比歐拉所預言的周期約長40％。張德勒擺動的振幅大約在0.06″～0.25″之間緩慢變化 ，其周期的變化範圍約為410～440天。極移的另一種主要成分是周年受迫擺動，其振幅約為0.09″，相對來說比較穩定，主要由於大氣和兩極冰雪的季節性變化所引起。　

　　將極移中的周期成分除去以後，可以得到長期極移。長期極移的平均速度約為0.003″／年，方向大致在西經70°左右。　

　　地球自轉軸在空間的運動？　

　　地球的極半徑約比赤道半徑短1／300，同時地球自轉的赤道面、地球繞太陽公轉的黃道面和月球繞地球公轉的白道面， 這三者並不在 一個平面內。由於這些因素，在月球、太陽和行星的引力作用下，使地球自轉軸在空間產生了複雜的運動。這種運動通常稱為歲差和章動。歲差運動表現為地球自轉軸圍繞黃道軸旋轉，在空間描繪出一個圓錐面，繞行一周約需 2.6萬年。章動是疊加在歲差運動上的許多複雜的周期運動。　

　　傅科擺　

　　證明地球自轉：　

　　1.牙籤法　

　　先用一隻臉盆裝滿水，放在水平且不易振動的地方，待水靜止后，輕輕放下一根木質細牙籤，並在牙籤的一端做一個記號，記住牙籤的位置，過幾個小時后(最好在10個小時以上),再去看時你就會發現，牙籤已經轉動了一定角度，看起來好像是牙籤在轉動，其實它並沒有轉動，而是地球在轉動。在北半球，牙籤作順時針轉動，因為地球自轉在北半球看起來是逆時針方向的。南半球則與北半球相反。　

　　2.炮彈法　

　　地球時刻不停地自轉，地面上水平運動的物體，必然相對地發生持續的右偏(北半球)或左偏(南半球).根據這種現象，人們分析射出的炮彈運動的方向，就能證明地球在自轉。　

　　3.重力加速度法　

　　地球在時刻不停地自轉，由於慣性離心力的作用，地面的重力加速度必然是赤道最小，兩極最大；地球不可能是正球體，而必然是赤道略鼓，兩極略扁的旋轉橢球體。重力測量和弧度測量的結果，證實了這些觀點的正確性，也就從一個側面證實了地球的自轉。　

　　4.深井測量法　

　　地球時刻不停自轉，由於自轉速度隨高度而增加，物體自高處下落的過程中，必然具有較高的向東的自轉速度，而必然墜落在偏東的地點。為了證實這一點，有人曾在很深的礦井中進行試驗。試驗結果是：自井口中心下落的物體，總在一定的深度同礦井東壁相撞，從另一個側面證實了地球的自轉運動。　

　　5. 傅科擺　

　　證實地球自轉的儀器，是法國物理學家傅科於1851年發明的。地球自西向東繞着它的自轉軸自轉，同時在圍繞太陽公轉。觀察地球的自轉效應並不難。用未經扭曲過的尼龍釣魚線，懸挂擺錘，在擺錘底部裝有指針。擺長從3米至30米皆可。當擺靜止時，在它下面的地面上，固定一張白卡片紙，上面畫一條參考線。把擺錘沿參考線的方向拉開，然後讓它往返擺動。幾小時后，擺動平面就偏離了原來畫的參考線。這是在擺錘下面的地面隨着地球旋轉產生的現象。　

　　由於地球的自轉，擺動平面的旋轉方向，在北半球是順時針的，在南半球是反時針的。擺的旋轉周期，在兩極是24小時，在赤道上傅科擺不旋轉。在緯度40°的地方，每小時旋轉10°弱，即在37小時內旋轉一周。　

　　顯然擺線越長，擺錘越重，實驗效果越好。因為擺線長，擺幅就大。周期也長，即便擺動不多幾次（來回擺動一二次）也可以察覺到擺動平面的旋轉、擺錘越重，擺動的能量越大，越能維持較長時間的自由擺動。圖中拍照的是懸挂在北京天文館球形展覽大廳天花板上的傅科擺擺錘部分。