地球的自转是匀速圆周运动吗(地球自转是线速度还是角速度)
很多小伙伴比较关心地球的自转是匀速圆周运动吗(地球自转是线速度还是角速度),本文带大家一起看看地球的自转是匀速圆周运动吗(地球自转是线速度还是角速度)。
理论上,任何物体的速度都不可能一直保持不变。我们所说的匀速运动(包含直线运动和圆周运动),都仅仅是理论模型。实际的运动都会由于种种原因,速度无法始终保持不变。这一切得从根源说起。物理就是这样,只有基本概念清晰了,方有可能进行分析。
1、平均速度我们通常说的速度其实就是这个平均速度。它是指在某个时间段内,位移与时间的比值。如下图,从A到B点,有红蓝两种方式(路径),尽管这两个路径差异性非常巨大,但是,根据速度的定义,两者的位移是一样的,因此,两者的平均速度也一样。
由此,我们可以发现,平均速度与具体的路径并没有多大关系,而只与首末两点的位置有关。
2、瞬时速度当AB两点的时间间隔越来越小,如下图所示。在不用的区间内,存在着不同的平均速度。更进一步,当时间间隔越来越小,相邻两点的位置也就越来越靠近,此时这个平均速度已经无限接近这个点的速度了。在数学上用微分来表示。
由此可见,这个瞬时速度才是真正的速度。但是,从其定义出发,我们完全没有可能非常精确的测量这个瞬时速度。因为,速度并非一个直接物理量,它必须通过位于除以时间计算而得。
3、速度的测量正如上面速度的定义,我们知道速度必须通过测量出位移和时间方才可以计算。而只要是测量位移和时间,那么就一定是个“平均速度”。我们常见的汽车的速度表,就是测量车轮滚动的圈数(基于车轮不打滑),结合时间计算出来的。
速度是个间接物理量,除了上面的从速度的定义出发,还可以根据物理关系来测量。一个比较典型的就是利用伯努利方程。一个典型的实例就是战斗机的空速管,如下图。
这根长长的管道,可以测量出两个大气压:静压和动压(总压),如下图。根据伯努利方程,就可以计算出相应的速度了。根据伯努利方程,这个所求得的速度就是瞬时速度了。
4、地球自转的速度好了,前面介绍那么多都是铺垫,为了让大家更好的理解问题的本质。下面我们针对地球自转,具体分析一下。
地球自转是一天,通常就是24h,但是如果要精确一些的话,自转周期是23时56分4秒。根据自转周期可以计算出自转的角速度为7.292×10^(-5)弧度/秒,这是一个非常非常小的角速度,这也是地球上能够生存人类的原因之一。如果自转过快,人类会被甩出地球。
自转周期约24h,我们可以认为是不变的。但是,对于历史来说,自转周期并非一成不变。约每隔10年自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒。长期来看,自转的周期在持续的减慢。
5、减慢的自转周期地球并非一个固体星球,其表面70%都是液态水。真是这个液态水的存在,一直在持续的减缓地球的自转。地球上的液态水,就像一个刹车盘一样,不断的消耗掉地球自转的动能,从而减缓地球的自转。
其实,这一点很好理解。我们在转一碗水的时候,就会发现,只有碗在转,水几乎不转。同样,在旋转生鸡蛋的时候,鸡蛋很快就会停止下来(这也是判断鸡蛋生熟的一个简便方法)。所有这些,根源都在于液体的性质。液体本身存在着惯性和流动性,旋转发生的时候,惯性会让它保持原来的运动状态,而流动性又让这个驱动力不足,液体的流动就是消耗掉自转动能的根本。上图非常形象的表示了液体运动的滞后性。
5、总结从速度的定义出发,我们知道速度不是基本物理量,无法直接测量,必须通过其他方式间接测量。通常说的速度是平均速度,即使控制非常精确,速度的值也会有些许变化,匀速运动仅存在于理论模型中。
地球的自转周期长期来看是不断变长的,根源就在于地球上的液体流动的滞后性,阻碍了地球的转动,不断地消耗着自转的能量。
地球的自转不是匀速的,短时间看是周期性的,每年波动在20至25毫秒,长时间看是总体缓慢减慢的。主要原因是风的季节性变化引起的。
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