Смещение земной оси. Правда или вымысел?


Ось вращения Земли

Солнечная система > Система Земля-Луна > Планета Земля > Ось вращения Земли

Графическое изображение оси вращения Земли

Графическое изображение оси вращения Земли

Вращение Земли вокруг оси: описание движения планеты, угол осевого наклона, схема вращения относительно плоскости орбиты, смена времен года и прецессия.

Ось вращения Земли наклонена под углом в 23,5° относительно плоскости эклиптики. Именно из-за этого наклона у нас на планете Земля происходит смена сезонов.

Чтобы лучше разобраться в том, как происходит вращение Земли вокруг своей оси, сначала необходимо поговорить о Солнце. Представьте себе линию, которая проходит через Северный и Южный полюса Солнца. Это и есть ось вращения Солнца. Затем вообразите себе диск, выходящий из солнечного экватора во всех направлениях. Этот диск называется плоскостью эклиптики. Астрономы уже давно измерили оси вращения, проходящие через каждую из планет Солнечной системы. Затем измерили угол осевого наклона относительно оси вращения Солнца.

У нашей планеты этот угол наклона оси равен примерно 23,5°. Это угол относительно оси вращения Солнца. Из-за такого наклона земной оси, на нашей планете происходит регулярная смена времен года. В летний сезон ось Земли наклонена таким образом, что Северный полюс Земли наклоняется к Солнцу. Регионы северного полушария получают больше солнечных лучей и поэтому там теплее, чем в Южном полушарии. Осенью, как Северное полушарие, так и Южное получают равную долю солнечного света. В зимний период Северный полюс наклоняется в сторону от Солнца, и поэтому там холоднее, а в Южном полушарии теплее.

Точный градус наклона земной оси составляет 23,439281°.

Угол наклона Земли является практически стабильным в течение длительного периода времени, но Земля слегка покачивается на своей оси, как волчок – это называется прецессией. В связи с этим время смены сезонов медленно меняется. Цикл смены составляет примерно 25 800 лет. Таким образом, лето и зима поменяются местами, и лето будет приходить в северное полушарие в декабре, а зима в июне. Теперь вы знаете, что собою представляет ось вращения планеты Земля.

Управления движениями вокруг осей

С изменением кинетического момента системы вращательное движение биомеханической системы можно изменить моментом внешней силы, когда тело сохраняет позу.

Например, тренер, раскачивая тело гимнаста в висе на перекладине, или страхуя в конце сальто, своей мышечной силой увеличивает или уменьшает вращение. Сам гимнаст напряжением мышц пассивно сохраняет позу.

У биомеханической системы есть еще возможность изменять вращение, изменяя плечо внешней силы благодаря движениям звеньев тела.

Гимнаст выполняет размахивания на перекладине, сила тяжести (постоянная) его тела как маятника совершает положительную работу (при движении вниз в вертикальной плоскости) или отрицательную (при движении из нижнего положения вверх).

Чтобы увеличить механическую энергию тела (маятника), надо сделать отрицательную работу меньше положительной. Для этого при подъеме вверх следует уменьшить момент силы тяжести. Гимнаст, притягиваясь к перекладине, укорачивает маятник, и тем самым, уменьшает плечо силы тяжести. Таким образом, уменьшается тормозящее действие силы тяжести при движении вверх.

Если же при движении вниз увеличивать плечо силы тяжести, то момент силы тяжести станет больше. Но с удлинением маятника увеличивается его момент инерции пропорционально квадрату радиуса инерции. Вследствие этого нарастание скорости станет не больше, а меньше.

При движении же вверх, укорачивая маятник, уменьшают и момент силы тяжести, и момент инерции; и то и другое несколько замедляет падение скорости. С уменьшением длины маятника, уменьшается период и увеличивается скорость колебаний.

При повторных качательных движениях можно получить резонансное накопление энергии и увеличить скорость колебаний.

Кроме того, спортсмен может активно действовать (отталкиваясь или подтягиваясь), создавая момент внешней силы.

Несимметрично отталкиваясь ногами от опоры или руками от перекладины, можно вызвать вращение вокруг продольной оси тела.

Кинетический момент есть произведение момента инерции относительно данной оси на угловую скорость.

J * W

Момент инерции звена есть произведение массы звена на квадрат его расстояния от оси вращения:

Момент инерции всего тела равен сумме моментов инерции всех его звеньев относительно той же оси вращения:

Величина момента инерции зависит от радиуса вращения. По закону сохранения кинетического момента можно изменить вращательное движение системы тел без приложения внешней силы. Уменьшая радиус вращения, уменьшают момент инерции и этим увеличивают угловую скорость.

Группировкой в полете акробат уменьшает момент инерции примерно в 2,5 раза и, соответственно, увеличивает угловую скорость, что позволяет выполнить 1, 2 и даже 3 полных переворота.

Итак, управление движениями вокруг осей изменением кинетического момента системы достигается за счет:

— приложения внешней силы (импульса момента силы) — ускорение или замедление вращения всего тела при сохранении позы;

— изменения условий действия внешней силы. при закрепленной оси (приближением к ней и отдалением от нее) — ускорение или замедление вращения всего тела с изменением позы;

— активного создания момента внешней силы (отталкиванием от опоры или притягиванием к ней) — ускорение или замедление вращения всего тела при изменении позы.

Управление движениями вокруг осей с сохранением кинетического момента системы

Управление движениями вокруг осей с сохранением кинетического момента биомеханической системы осуществляется внутренними силами посредством встречных движений.

Если тягой мышц вызывать вращательное движение одной части системы, то остальная часть системы начнет вращаться в противоположную сторону. Такие движения называются встречными.

При этом кинетические моменты обеих сторон системы равны по модулю и противоположны по направлению. Следовательно, суммарный момент системы не изменится, если ни какие другие силы не оказывают влияния на систему, что возможно в безопорной фазе движения (т.е. полете).

Любые оси вращения всего тела проходящие через точку общего центра масс биомеханической системы называются свободными.

Способы управления можно разделить на:

— простые — вращение вокруг одной оси;

— сложные — вращение вокруг нескольких осей.

Простое вращение — это вращение тела вокруг продольной оси. Ориентация частей (поворачивающихся) в пространстве изменяется, но общая ориентация всей системы сохраняется (баскетбол, ручной мяч и т.д.).

Изменяя момент инерции системы можно изменить скорость вращения. Но такой способ только изменит вращение, а создать вращение таким способом нельзя.

Только используя встречные движения можно создать изменения ориентации (вращения) всей системы: без опоры, без приложения сил, без начального вращения. Вращение свободного тела в полете происходит в виде сложного вращения вокруг трех осей.

Вначале встречная нутация частей тела (т.е. тело сгибается), затем собственное вращение нижней и верхней частей тела и, наконец, процессия (круговое движение), обе части тела описывают конические поверхности, но в противоположных направлениях.

От одного движения (нутации) вращения не произойдет, но тело изменит положение, затем следует снова нутация (выпрямление тела), снова изменение (вращение) тела (на какой-то угол) и снова нутация (сгибание тела) и т.д.

Источником сил, вызывающих вращение частей тела относительно друг друга служат мышцы, соединяющие их. Если встречной нутации нет (тело выпрямлено), нет последующего сгибания, то верхние и нижние части тела будут вращаться встречно вокруг одной продольной оси (т.е. тело скручивается). Для усиления эффекта поворота используют маховые движения руками, например, правая — вперед — вниз — назад, левая — назад — вниз — вперед.

Итак, управление движениями вокруг осей с сохранением кинетического момента системы достигается за счет:

— скручивания и раскручивания тела вокруг продольной оси (одновременный встречный поворот) — изменение ориентации частей тела относительно друг друга в пространстве;

— группирования и разгруппирования (приближение частей системы к свободной оси и отдаления то нее) — ускорение и замедление вращения всего тела;

— изгибания туловища и круговыми движениями конечностей;

— создания сложного поворота тела вокруг нескольких осей.

В практике при сочетании поворотов вокруг продольной и поперечной осей тела в полете всегда используют сочетания различных способов вращения биомеханической системы (изгибание тела и движение рук).


Непрестанное перемещение земных полюсов

Впоследствии это было объяснено тем, что точки земных полюсов не являются неподвижными – пребывающими всё время строго в покое. Астрономические наблюдения показали, что оба полюса Земли непрестанно перемещаются, описывая некоторые неправильные круги то большего, то меньшего радиуса с периодом около 433 суток.

Знаменитый математик Леонард Эйлер в своих исследованиях показал, что такой сравнительно небольшой период, в течение которого перемещаются земные полюсы, свидетельствует о том, что внутренние части Земли находятся в твёрдом состоянии и что чем меньше твёрдость Земли, тем период движения её полюсов должен быть больше.

Нам теперь известно, что перемещение, например, Северного полюса Земли настолько мало, что он всегда остаётся внутри некоторого квадрата со стороной в 20 метров. Это перемещение земных полюсов происходит по той причине, что направление земной оси внутри земного шара постоянно изменяется, хоть и совсем незначительно.

Характеристики вращения тела

Кинематические характеристики

Вращение характеризуется углом φ {\displaystyle \varphi } , измеряющимся в градусах или радианах, угловой скоростью ω = d φ d t {\displaystyle \omega ={\frac {d\varphi }{dt}}} (измеряется в рад/с) и угловым ускорением ϵ = d 2 φ d t 2 {\displaystyle \epsilon ={\frac {d^{2}\varphi }{dt^{2}}}} (единица измерения — рад/с²).

При равномерном вращении ( T {\displaystyle T} — период вращения),

  • Частота вращения
    — число оборотов в единицу времени.

ν = 1 T = ω 2 π , {\displaystyle \nu ={1 \over T}={\omega \over 2\pi },}

  • Период вращения
    — время одного полного оборота. Период вращения T {\displaystyle T} и его частота ν {\displaystyle \nu } связаны соотношением T = 1 / ν {\displaystyle T=1/\nu } .
  • Линейная скорость
    точки, находящейся на расстоянии R {\displaystyle R} от оси вращения

v = 2 π ν R = 2 π R T , {\displaystyle v={2\pi \nu R}={2\pi R \over T},}

  • Угловая скорость
    вращения тела — аксиальный вектор (псевдовектор).

ω = 2 π ν = 2 π T . {\displaystyle \omega ={2\pi \nu }={2\pi \over T}.}

Динамические характеристики

Свойства твердого тела при его вращении описываются моментом инерции твёрдого тела. Эта характеристика входит в дифференциальные уравнения, полученные из уравнений Гамильтона или Лагранжа. Кинетическую энергию вращения можно записать в виде:

E = ω 2 J 2 = 2 π 2 ν 2 J . {\displaystyle E={\frac {\omega ^{2}J}{2}}={2\pi ^{2}\nu ^{2}J}.}

В этой формуле момент инерции играет роль массы, а угловая скорость — роль скорости. Момент инерции выражает геометрическое распределение массы в теле и может быть найден из формулы

J = ∫ r 2 d m . {\displaystyle J=\int r^{2}dm.}

  • Момент инерции
    — физическая величина, мера инертности тела во вращательном движении. Характеризует распределение масс в теле. Различают осевой и центробежный момент инерции. Осевой момент инерции определяется равенством:

J a = ∑ i = 1 n m i r i 2 , {\displaystyle J_{a}=\sum _{i=1}^{n}m_{i}r_{i}^{2},}
где m i {\displaystyle m_{i}} — масса, r i {\displaystyle r_{i}} — расстояние от i {\displaystyle i} -й точки до оси[1].

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: