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地球自转的地理意义

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发表于 2015-10-2 00:49:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
我们的地球每时每刻都在转动,不管是自转,还是公转,都不能停止,那么地球自转的地理意义是什么呢?地球可以停下来休息会儿吗?
地球自转的地理意义
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一、昼夜更替现象
同一个时间里,太阳只能照亮地球表面的一半.一半是白天,一半是黑夜.
哟与昼夜更替,使得地面白昼增温不至于过高,夜晚降温不至于过低,有利于地球生物的生存和发展.
二、地方时
知道时区的划分:每隔经度15°划分一个时区;以0°经线为基准,从7.5°W到7.5°E为中时区;中时区以东依次为东一区至东十二区,以西为西一区至西十二区,东、西十二区合为一个时区.各时区都以中央经线的地方时为本区的区时.
三、地转偏向力
北半球向右偏,南半球向左偏,赤道上不偏.

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为什么地球会自转

地球为什么会自转?仅仅是惯性这么简单?那一开始的时候是怎么推动的?不自转会怎样?

这个问题要追究到太阳系的形成。
现代天文学理论认为,太阳系是由所谓的原始星云形成的,原始星云是一大片十分稀薄的气体云,50亿年前受某种扰动影响,在引力的作用下向中心收缩。经过漫长时期的演化,中心部分物质的密度越来越大,温度也越来越高,终于达到可以引发热核反应的程度,而演变成了太阳。在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层,经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程,在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星,最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体。
物理里面有个 角动量守恒定律 。即一个转动物体。如果不受外力矩作用,它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。形成太阳系的原始星云原来就带有角动量,在形成太阳和行星系统之后,它的角动量不会损失,但必然发生重新分布,各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒,各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外,它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转,地月系统的相互绕转和地球的自转中,这就是地球自转的由来。
如果一定要深究的话,我觉得可以从物质形成的源头来看这个问题。原始的星云也是由原子、分子等离子组成,而我们知道原子、分子都具有一定的能量,其中原子的核外电子更是以光速围绕原子核运动。这应该就是角动量等的来源,而原子与原子、分子与分子之间存在作用力,特别是结合的时候,可以将物质原有的能量转换为动量等各种形式的能量,其间的转换遵循能量守恒定律。


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假若地球没有自转会怎样


关于万有引力和重力的差别与联系,问题好烦好乱啊,理也理不清。那么它们到底有什么关系呢?现在我们从新的视角来认识重力和万有引力。

  为此,我先作一个假设。若地球没有自转,并把地球当成理想的球体,则地球表面上静止的物体受到几个力的作用呢?在地球表面任何位置,物体都会受到两个力的作用:地球对物体的万有引力和地面对物体的支持力,而且这两个力是平衡的。生活在地面上的人习惯感觉:使物体有竖直向下的效果的力就是重力,物体相对地面静止秤的读数就重力,即弹力(支持力或拉力)的读数是重力。所以,地球没有自转时,在地面上任何一个位置物体受的引力就是重力,重力就是引力,两个力就是一个力,一个力有两个名字而已。大小相等,mg=GmM/R2,每一个位置竖直向下的方向沿半径指向地球球心。我们命名物体的理论重力就是地球对物体的引力。

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 如果地球有自转,上面的结果会有什么不同的表现呢?

  当地球有自转时,在地球表面上,相对地面静止的物体仍然只受到两个力的作用。但是,引力(理论重力)和支持力不再平衡。如图所示为地球没有自转和有自转两种情况下物体的受力情况。

  右边两图是我们通常说的物体在水平地面上处于静止状态和细绳悬挂物体处于静止状态的情况。在地球没有自转时两图指的是上面左图,就是引力(理论重力)和支持力(或拉力)的平衡;在地球有自转时两图指的是上面右图,引力(理论重力)和支持力(或拉力)并不平衡。那么在右图中引力 (理论重力)和支持力(或拉力)的合力是什么?支持力(或拉力)又与哪一个力平衡呢?下面我们来讨论说明。

  地球存在自转,是一个非惯性系,地表上(除两极外)所有“静止”的物体事实上都处在匀速圆周运动的状态中,因此,都存在向心加速度。结合下图分析,引力(理论重力)与支持力(或拉力)的合力提供物体做圆周运动的向心力。这个合力就是来克服物体做匀速圆周运动时离开圆心的趋势的,不断地把物体拉到圆周上做圆周运动。另外我们还感受到物体受到一个与支持力(或拉力)方向相反的力,这个力与支持力(或拉力)平衡,这就是我们习惯感觉到的重力竖直向下的效果。从另一个角度看,由于物体此时只受引力(理论重力)和支持力(或拉力)两个力,而支持力(或拉力)方向向外,不能提供向心力和竖直向下的效果。

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 这两个效果只能来源于引力(理论重力),所以我们把引力(理论重力)分解为指向圆周运动圆心的一个分力和与支持力(或拉力)平衡的一个分力。这两个分力一个用来提供向心力,这个力克服物体做匀速圆周运动时离开圆心的趋势,不断地把物体拉到圆周上做圆周运动,我们本身随着地球自转感受不到这个力。一个力就是我们感受到的竖直向下的效果,弹力(支持力或拉力)的读数为其大小,我们把它命名为习惯重力,这个习惯重力就是地球有自转时我们习惯感觉的重力效果。类比物体处于超重或失重状态时,物体的重力没有变化,但重力的外在表现支持力或拉力变化了。那么,当地球没有自转时,物体的理论重力(引力)和习惯重力是一个力,且本质和外在表现是一样的。当地球有自转时,物体的理论重力(引力)本质没有变化,而外在表现会有所不同,因为地球有自转,使物体有离心的趋势,有轻微的失重现象,使物体的理论重力(引力)分为了两个部分:一部分是物体圆周运动需要的向心力,由于失重现象外在感觉不出来;一部分是我们感觉到的习惯重力,就是弹力的大小。我们生活中常常讨论习惯重力的大小、方向及其变化。

  归纳总结:我们日常讨论的自转向心力和习惯感觉的重力(弹力读数)本质上都是理论重力的一个分力,都是同性质的力。以后我们只区分理论重力与习惯重力、自转向心力。地球自转只会影响习惯重力和自转向心力,不会影响理论重力。

  有了上面的假设和相应的结论后,我们再来看看地球有自转时,物体在地球的不同位置处,引力(理论重力)的两个分力有什么变化。

  理论重力 (引力) 在地球表面上任一位置的大小是相同的mg=GmM/R2,它的方向沿地球半径指向地心。向心力Fn=mrω2,从赤道到两极随圆周运动的半经越来越小而变小,最后变为零。习惯重力G=mg,从矢量合成的平行四边形可以看出来,从赤道到两级自转引起的失重现象越来越小,它就越来越大,重力加速度同样越来越大。在两极和赤道,它的方向沿地球半径指向地心;在其它纬度,它的方向不沿地球半径指向地心,其中在纬度45度时它的方向偏离此处地球半径方向最大,大约6`。习惯重力方向竖直向下,并不全是沿着地球半径方向指向地球球心。在两极理论重力(引力)与习惯重力相等,G =mg。在赤道,理论上引力(理论重力)G =mg+mrω2,向心力最大,失重现象最明显,习惯重力(弹力读数)最小。此时最大的向心力也只是理论上引力(理论重力)的 =0.00341倍。所以我们在讨论许多问题的时候,完全可以忽略地球的自转,直接认为在地球表面上任何位置都有理论重力(引力)与习惯重力(弹力读数)近似相等,G =mg(常称黄金代换),在地面上空高h处有 =mg`,除非问题要求考虑地球自转。

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