الفلك

لماذا لا يطردنا دوران الأرض عن السطح؟

لماذا لا يطردنا دوران الأرض عن السطح؟

تدور الأرض بسرعة تصل إلى ألف ميل في الساعة. ألا يجب أن نطرح من على سطحه؟

نعم ، أعلم أن شخصًا ما سيعلق على "الجاذبية" ولكن جسديًا يجب أن نرمى من سطح الأرض. يقول العلماء أن الجاذبية تمسك بنا هنا ولكن يبدو أن هذا يتعارض مع الفيزياء. ربما يمكن لشخص ما أن يشرحه لي بشكل أفضل.


إنها لا تتعارض مع الفيزياء ، على الرغم من أنها قد تكون مربكة. قرأت أن بطليموس رفض فرضية دوران الأرض لأنه شعر أنه يجب أن يولد رياحًا شديدة جدًا.

قوة "الطيران" ، بشكل صحيح ، يمكن حساب قوة الطرد المركزي وهي أصغر بكثير من الجاذبية. (أنا لست جيدًا في الصيغ ، لذا سأتخطى الرياضيات الآن).

إحدى طرق التفكير في هذا الأمر هي النظر في قانون نيوتن الأول ، والجسم المتحرك يظل متحركًا بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه. الأرض كبيرة بما يكفي بحيث تشعر وكأن الوقوف على سطحها الذي يدور بسرعة وكأنك تقف ساكنًا لأنك تتحرك في الغالب في خط مستقيم. يستغرق الدوران 90 درجة 6 ساعات. تخيل أنك في سيارة وتشعر بالقوة على الجانب عندما تنعطف السيارة. الآن ، تخيل أن السيارة تتحرك بسرعة كبيرة ، لكن الأمر يستغرق 6 ساعات للانعطاف إلى اليسار. الانعطاف بطيء بدرجة كافية بحيث لا تُلاحظ قوة "الرفع" في حالة الأرض أو القوة الجانبية في السيارة النظرية التي تستغرق دورة 6 ساعات.

لم يتم ملاحظة سرعة 1000 ميل في الساعة عند خط الاستواء على الإطلاق لأنها في الاتجاه الخطي بالدرجة الأولى مع دوران بطيء للغاية ، ومستقيم إلى حد كبير وثابت بسرعة ثابتة. التغيير في الاتجاه صغير جدًا بحيث لا يمكن ملاحظته.

يجب أن تأخذ دوران الأرض في الحسبان لمسافات طويلة. إنه يؤثر على رياح الأرض السائدة ويجب أن يؤخذ في الاعتبار مع رحلات الفضاء وإطلاق الصواريخ والقناصة ، وللتقاط الصور لمسافات طويلة جدًا ، يجب مراعاة انحناء الأرض ودورانها عند إطلاق النار على أهداف بعيدة.

لكن ما زال الوقت بعيدًا عن الأسبوع لإبعاد الناس عن الأرض. ستحتاج الأرض إلى الدوران أسرع بنحو 17 مرة حتى يحدث ذلك.


حسنًا ، السبب في عدم خروجنا من سطح الأرض هو أن قوى الدوران ليست كبيرة بما يكفي للقيام بذلك.

ضع في اعتبارك أن الأرض تشكلت لأن المواد كانت متماسكة عن طريق جاذبيتها الخاصة. إذا دارت الأرض بهذه السرعة ، فإن هذه المادة سوف يتم التخلص منها ولن تتشكل الأرض كما نعرفها. هذا بسيط بعض الشيء ، لكنه معقول.

إلى الأمام الرياضيات. :-)

قوة الجاذبية التي نختبرها هي:

$$ F_g = g_e M_o = frac {GM_eM_o} {R_e ^ 2} $$

حيث يكون الرمز "e" خاصًا بالأرض والحرف "o" للشخص.

هذه هي المعادلة النيوتونية الأساسية لقوة الجاذبية.

تكون قوة الجاذبية دائمًا باتجاه مركز الأرض مباشرةً.

الآن معادلة القوة التي نختبرها بسبب الدوران تبدو أكثر تعقيدًا بعض الشيء لأننا ندور حول محور (شمال - جنوب) وتختلف القوة الناتجة عن الدوران باختلاف خط العرض.

$$ F_c = M_o frac {v ^ 2} r $$

و :

$$ v = frac {2 pi r} T $$

$$ r = R_e cos theta $$

أين $ T $ هي فترة التناوب و $ ثيتا $ هو خط العرض.

هذا يعمل على النحو التالي:

$$ F_c = M_o frac {4 pi ^ 2r} {T ^ 2} = M_o frac {4 pi ^ 2R_e cos theta} {T ^ 2} $$

واتجاه تلك القوة عمودي على محور الدوران. لذلك نحن بحاجة إلى معرفة مقدار القوة التي نختبرها منه شعاعيًا - بعيدًا عن المركز وهذا هو:

$$ F'_c = M_o frac {4 pi ^ 2R_e cos ^ 2 theta} {T ^ 2} $$

لكي نخرج من الأرض سنحتاج $ F'_c> F_g $. فهل في هذه الحالة ؟

أكبر قيمة لـ $ F'_c $ يقع عند خط الاستواء ($ ثيتا = 0 دولار) ونحصل على (بوحدات النظام الدولي):

start {align} F'_c & = M_o times 0.034 ؛ { rm m / s ^ 2} F_g & = M_o times 9.8 phantom {00} ؛ { rm m / s ^ 2} نهاية {محاذاة}

لذا فإن قوة الدوران ببساطة أصغر من أن تتغلب على الجاذبية. لا يمكننا التخلص من الأرض.

إذن ، ما السرعة التي يجب أن تدور بها الأرض حتى نطرد من الأرض؟

سيحتاج ذلك:

$$ frac {4 pi ^ 2R_e} {T ^ 2}> g_e $$

وبالتالي :

$$ T ^ 2 < frac {4 pi ^ 2R_e} {g_e} $$

$$ T <2 pi sqrt { frac {R_e} {g_e}} = 5066 text {seconds} $$

لذلك سنحتاج إلى يوم أقصر من ساعة ونصف لننطلق بعيدًا عن الكوكب. للفترة القصيرة التي يمكن أن نتشبث بها بشدة ، سيكون ذلك مذهلاً.

إذا دارت الأرض بهذه السرعة فلن تدوم طويلاً على أي حال - أولاً سيتم فصل السطح ثم تنفصل الطبقات الداخلية. لم تكن الأرض لتتشكل في المقام الأول (على الأقل ليس في أي شيء مثل شكلها الحالي) لأننا بحاجة إلى الجاذبية لتكون قوية بما يكفي للحفاظ على الأشياء معًا.

لاحظ أيضًا أنه بسبب قوى الدوران ، فإن الأرض ليست كروية تمامًا - إنها منتفخة قليلاً عند خط الاستواء من القطبين (لأن القوة الكلية للداخل عند القطبين أكبر بينما عند خط الاستواء توجد هذه القوة الصغيرة ولكنها ملحوظة من الدوران). هذا الانحراف الطفيف يغير الأرقام قليلاً ، لكن ليس كثيرًا ولا يستحق جهد الخوض في التفاصيل.


لماذا لا يطردنا دوران الأرض عن السطح؟ - الفلك

لدينا سنوات كبيسة لأن الثورة على الأرض حول الشمس ليست بالضبط 365 يومًا ولكن حوالي 6 ساعات من هذا الرقم. إذا لم تكن لدينا سنوات كبيسة ، فسيكون تقويمنا غير متزامن مع السماء وسيكون لدينا في النهاية عيد الميلاد في يوليو.
سؤالي هو هذا: دوران الأرض في الواقع حوالي 4 دقائق خجولة لمدة 24 ساعة. لماذا لا تتزامن ساعتنا مع الشمس ، أي بدون "دقائق كبيسة" ، فلن تكون الشمس في نهاية المطاف في سماء الليل مباشرة؟

هذا سؤال جيد. يُعرَّف اليوم بأنه الوقت بين الفجر (أو الظهيرة) والفجر التالي ، أي يتم تحديد اليوم بالنسبة إلى موقع الشمس في السماء. الآن ، تدور الأرض حول الشمس في السماء ، وبالتالي فإن الوقت الذي تستغرقه الشمس لتصل إلى نفس الموقع في السماء هو طويل من الوقت الذي استغرقته الأرض للدوران حول نفسها مرة واحدة. يمكنك إقناع نفسك بهذا من خلال رسم صورة للأرض في مدار حول الشمس وتدور حول نفسها في نفس الوقت.

لذا ، فإن فترة دوران الأرض في الواقع أقل بأربع دقائق مما نسميه يومًا واحدًا. ونتيجة لذلك ، فإن موقع الشمس في السماء عند الظهيرة ثابت تقريبًا ، لكن النجوم تبتعد ببطء عن بعضها. لذلك ، فإن النجوم التي تحلق في منتصف الليل اليوم ستتحرك ببطء في السماء حتى تكون في السماء في الظهيرة على بعد 6 أشهر.

إذا حددنا يومًا ما على أنه الوقت الذي تستغرقه الأرض لتدوير نفسها مرة واحدة تمامًا ، فعندئذٍ ، كما ذكرت ، ستكون الشمس في السماء في منتصف الليل في أحد الأيام.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 28 حزيران (يونيو) 2015.

عن المؤلف

جاغاديب دي بانديان

Jagadheep بنى مستقبلًا جديدًا لتلسكوب Arecibo الراديوي يعمل بين 6 و 8 جيجا هرتز. يدرس 6.7 جيجا هرتز مايزرات الميثانول في مجرتنا. تحدث هذه الموجات في المواقع التي تولد فيها النجوم الضخمة. حصل على درجة الدكتوراه من جامعة كورنيل في يناير 2007 وكان زميلًا لما بعد الدكتوراه في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في ألمانيا. بعد ذلك ، عمل في معهد علم الفلك بجامعة هاواي كزميل لما بعد الدكتوراة في ما بعد المليمتر. جاغاديب هو حاليا في المعهد الهندي لعلوم وتكنولوجيا الفضاء.


جاستن أ. بار - تقني

لماذا لا يدفعنا دوران الأرض & # 8217t & # 8217s إلى الفضاء؟

خلاصة سريعة:

  • تجذب الجاذبية جميع الكائنات نحو مركز الأرض & # 8217. التسارع الناتج عن الجاذبية على سطح الأرض & # 8217 هو 9.8 متر في الثانية ، في الثانية.
  • قوة الجاذبية المركزية على الأرض هي قوة الجاذبية المؤثرة على الأجسام (نحن) التي تدور حول الأرض & # 8211 يحدث أننا ندور حول الأرض على سطحها ، بسرعة دورانها الدقيقة ، لأن الجاذبية & # 8220glues & # 8221 نحن على السطح مثل تدور الأرض على محور دورانها.
  • قوة الطرد المركزي هي رد فعل غير متوازن من القصور الذاتي لقوة الجاذبية.
  • لذا فإن قوة الجاذبية المركزية باستمرار & # 8220 تسحب & # 8221 لنا نحو الأرض ونحن ندور ، بينما & # 8220 الطرد المركزي & # 8221 القوة هي الميل القصور الذاتي للكتلة (أجسامنا) لمواصلة التحرك في خط مستقيم (على سبيل المثال ، قذف في الفضاء).
  • الجنيه (lb) ، في المرجع العادي ، هو وحدة وزن (قوة). الكيلوجرام وحدة كتلة.
  • القوة = الكتلة * التسارع (F = أماه)
  • محيط الأرض و # 8217s عند خط الاستواء حوالي 40.075 كم. عند خط الاستواء ، يتحرك سطح الأرض & # 8217s عند حوالي v = 464 م / ث (1،044 ميل في الساعة).
  • يبلغ معدل دوران الأرض (w) حوالي 15 درجة في الساعة (0042 درجة / ثانية) ، وهو ما يعادل بالطبع دورة كاملة واحدة في اليوم.
  • يبلغ متوسط ​​نصف قطر الأرض (r = المركز إلى السطح) حوالي 6،370 كم.
  • عجلة الجاذبية المركزية عند خط الاستواء ، a = v ^ 2 / r ، حوالي 0.034 م / ث / ث.
  • يبدأ خط العرض ، المقاس بالدرجات ، لموقع معين عند 0 عند خط الاستواء ، وينتهي عند 90 درجة عند القطب الشمالي أو الجنوبي. عند رسم خط من مركز الأرض ، ستكون هذه هي الزاوية التي ينحرف فيها الخط عن أقرب نقطة له على خط الاستواء.
  • في الولايات المتحدة ، يبلغ متوسط ​​خط العرض حوالي 39 درجة ، ويتراوح من حوالي 29.76 درجة في هيوستن ، تكساس إلى حوالي 48.23 درجة في مينوت ، إن دي.
  • كلما تحركت شمالًا ، تقل مسافة السطح عن محور دورانه. عند خط العرض المتوسط ​​بالولايات المتحدة ، يبلغ نصف القطر من السطح إلى محور الدوران حوالي 4951 كم فقط
  • عند خط عرض 39 درجة شمالاً ، تبلغ السرعة الخطية للأرض (على السطح) حوالي 360 م / ث (811 ميلاً في الساعة)
  • العجلة المركزية الناتجة (a = v ^ 2 / r) هي .026 m / s / s
  • F = ma ، لذا 1 كجم كتلة (2.2 رطل على سطح الأرض & # 8217 ثانية) * ينتج عن 0.026 م / ث / ث قوة جذب مركزية تبلغ 0.026 نيوتن (N) ، أو حوالي 0.006 رطل (حوالي 0.096 أونصة أو حوالي. 1/100 من 1 أوقية)

نظرًا لأن قوة الطرد المركزي هي رد فعل غير متوازن ، فإن الحجم هو نفسه ، ويعمل في الاتجاه المعاكس (على سبيل المثال ، دفعنا نحو الفضاء)

لذلك يمكننا استخدام الصيغة أعلاه لحساب قوة الطرد المركزي لأي كتلة عشوائية تقع في الولايات المتحدة (عند مستوى سطح البحر ، بناءً على متوسط ​​خط العرض)

الحساب:

  1. حوّل إلى كيلوغرامات: الوزن بالرطل (على سطح الأرض & # 8217 ثانية) / 2.2 = الكتلة بالكيلوغرام
  2. اضرب الكتلة بالكيلوجرام في عجلة الجاذبية المركزية ، .026 م / ث / ث = قوة الجاذبية بالنيوتن (N)
  3. تحويل نيوتن (N) إلى رطل: القوة في N / 4.45 = القوة بالرطل.

بشكل مبسط ، هذا يعادل:

لذا فإن أي وزن بالرطل (على سطح الأرض & # 8217 ثانية) مرات .0027 يساوي قوة الجاذبية (الطرد المركزي * -1) ، على سطح الأرض & # 8217s ، عند خط العرض المتوسط ​​للولايات المتحدة.

بعض الحسابات المعيارية:

  • 100 رطل من الكتلة = 0.27 رطل من قوة الطرد المركزي
  • 150 رطل من الكتلة = 0.40 رطل من قوة الطرد المركزي
  • 200 رطل من الكتلة = 0.54 رطل من قوة الطرد المركزي
  • 374 رطل من الكتلة = 1 رطل تقريبًا من قوة الطرد المركزي.

كما ترى ، فإن قوة القصور الذاتي التي تؤثر علينا ، والتي تتفاعل مع قوة الجاذبية ، هي جزء صغير من قوة الجاذبية التي نتحملها. وبالتالي ، فإننا لا نتعامل مع & # 8217t & # 8220 & # 8221 في الفضاء.


حفر أعمق

تغير ذلك في ديسمبر 2018 ، عندما سار في قاعة الملصقات الصاخبة في المؤتمر السنوي للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. هناك ، اكتشف Vidale عمل جيايوان ياو ، وهو الآن زميل باحث في الجيوفيزياء في جامعة نانيانغ التكنولوجية.

قام ياو بتمشيط عشرات الآلاف من الزلازل بحثًا عن أزواج تضرب في أوقات مختلفة في نفس الموقع بالضبط. بمقارنة الموجات الزلزالية التي عصفت بالنواة الداخلية لأربعين من هذه التوائم الجيولوجية ، كان يأمل في اكتشاف الألغاز الكامنة في أعماق كوكبنا.

يتذكر Vidale التفكير "هذه بيانات رائعة حقًا". ومع ذلك ، لم يشير تفسير ياو للبيانات إلى الدوران الفائق ، وبدلاً من ذلك اقترح أن شيئًا آخر يبدو أنه يحدث.

مفتونًا بهذا اللغز ، عاد Vidale إلى مجموعة البيانات الخاصة به حول التفجيرات النووية ، ولكن مع عدم وجود رموز التحليل الأصلية في أي مكان ، كان عليه أن يبدأ من نقطة الصفر ، ويبحث بشكل أعمق في تموجات حقبة الحرب الباردة بطريقة محدثة.

لا يزال تحليله الناتج يسفر عن دوران فائق ، لكنه كان أبطأ وأكثر دقة من التقديرات السابقة ، ويشير بدلاً من ذلك إلى المعدل الموصوف حديثًا وهو 0.07 درجة سنويًا بين عامي 1971 و 1974.


الإجابات والردود

إذا كنت أفهمك بشكل صحيح ، فأنت تسأل لماذا يقاوم الجيروسكوب الدوار السقوط.

يمنحها الدوران زخمًا زاويًا. من أجل السقوط ، يجب أن يتغير هذا الزخم الزاوي. مطلوب عزم لتغيير هذا الزخم الزاوي. عزم الدوران x الوقت = التغيير في الزخم الزاوي. يتم توفير عزم الدوران عن طريق الجاذبية والاحتكاك. نظرًا لأنه عمودي تمامًا في البداية (لا يمكن أبدًا أن يكون مثاليًا) ، يكون عزم الجاذبية صغيرًا في البداية. يتطلب الأمر عزمًا ثابتًا (ناتجًا عن الجاذبية) على مدى فترة زمنية كافية لتغيير الزخم الزاوي للجيروسكوب بما يكفي لسقوطه.

في حدود عدم الاحتكاك ، تجعل الجاذبية أعلى مقدمة (على وجه التحديد زخم الزخم الزاوي) ولكن لا تتركه يسقط كما هو الحال عندما لا يدور. السبب في الواقع هو عزم الدوران. لقد تم تصورها بشكل جيد ، على سبيل المثال ، هنا

إذا كنت أفهمك بشكل صحيح ، فأنت تسأل لماذا يقاوم الجيروسكوب الدوار السقوط.

يمنحها الدوران زخمًا زاويًا. من أجل السقوط ، يجب أن يتغير هذا الزخم الزاوي. مطلوب عزم لتغيير هذا الزخم الزاوي. عزم الدوران x الوقت = التغيير في الزخم الزاوي. يتم توفير عزم الدوران عن طريق الجاذبية والاحتكاك. نظرًا لأنه عمودي تمامًا في البداية (لا يمكن أبدًا أن يكون مثاليًا) ، يكون عزم الجاذبية صغيرًا في البداية. يتطلب الأمر عزمًا ثابتًا (ناتجًا عن الجاذبية) على مدى فترة زمنية كافية لتغيير الزخم الزاوي للجيروسكوب بما يكفي لسقوطه.

لست متأكدًا مما إذا كانت إضافة ارتباط على ما يرام. إذا لم يكن كذلك ، من فضلك ذكرني.


في نهاية هذا الفيديو ، العجلة تسقط ، رغم أنها تدور باستمرار. أريد صيغة توضح كيفية تأثير الاحتكاك على الجيروسكوب

يمكنك حل كل هذا ، إنها مشكلة يمكن حلها. خذ التكوين المرتبط بـ @ vanhees71 ، على سبيل المثال ، وافترض أن الزاوية بين الرأسي المحلي والخط الذي يربط مركز الأرض بالقطب الشمالي هي ## gamma ## [يمكنك ضبط ## gamma = 0 ## إذا كان الجهاز موجودًا في القطب الشمالي]. ضع في اعتبارك إطارًا ثابتًا للأرض ## < hat < mathbf> ، قبعة < mathbf> ، قبعة < mathbf> > ## وإطار ثابت جيروسكوب ## < hat < mathbf> ، قبعة < mathbf> '، قبعة < mathbf> '> ## التي ترتبط بالتناوب ## mathsf( varphi) ## حول ## قبعة < mathbf> ## المحور $ start قبعة < mathbf> ' hat < mathbf> 'نهاية = ابدأ cos < varphi> & amp sin < varphi> - sin < varphi> & amp cos < varphi> end يبدأ قبعة < mathbf> قبعة < mathbf> النهاية$ اكتب السرعة الزاوية التي تدور بها الأرض حول محورها كـ ## boldsymbol < Omega> = Omega ( cos < gamma> hat < mathbf> + sin < gamma> hat < mathbf>)##.

لنفترض أن ## psi ## هي الزاوية التي من خلالها يدور الجيروسكوب حول محوره. بالنسبة للإطار بالقصور الذاتي (الفراغ الثابت) ، إذن ، تأخذ السرعة الزاوية للجيروسكوب الشكل تبدأ
boldsymbol < omega> & amp = boldsymbol < Omega> + ( dot < psi> hat < mathbf> '+ dot < varphi> hat < mathbf>) \

& amp = ( Omega sin < gamma> cos < varphi> + dot < psi>) hat < mathbf> '- Omega sin < gamma> sin < varphi> hat < mathbf> '+ ( Omega cos < gamma> + dot < varphi>) hat < mathbf>
نهايةحيث اخترنا ## hat < mathbf> '## بحيث يقع على طول الاتجاه المحوري للجيروسكوب ، يتم أيضًا تقليل موتر القصور الذاتي بالنسبة إلى مركز كتلة الجيروسكوب إلى شكل قطري ## (I_) = mathrm(أ ، ب ، ب) ##. ثم الزخم الزاوي حول مركز الكتلة بالنسبة إلى إطار القصور الذاتي (الفراغ الثابت) ليس سوى ## mathbf = a ( Omega sin < gamma> cos < varphi> + dot < psi>) hat < mathbf> '- b Omega sin < gamma> sin < varphi> hat < mathbf> '+ b ( Omega cos < gamma> + dot < varphi>) hat < mathbf>##.

يجب أن تكون هذه معلومات كافية لك لتحديد معادلات الحركة ، بعد كتابة ## dot < mathbf> = mathbf = alpha hat < mathbf> '## لبعض ## alpha in mathbb##. قد يكون من المفيد أيضًا معرفة أن كل متجه في الأساس الثابت للجيروسكوب يفي بالمعادلة ## dot < mathbf> = ( dot < varphi> hat < mathbf> + boldsymbol < Omega>) مرات mathbf##.


هل يؤثر دوران الأرض على أوقات الطيران؟

لماذا لا يؤثر دوران الأرض على مدة الرحلة من الشرق إلى الغرب / الغرب / الشرق؟ ظهر في الأصل كورا: المكان المناسب لاكتساب المعرفة ومشاركتها ، وتمكين الناس من التعلم من الآخرين وفهم العالم بشكل أفضل.

إجابه بواسطة روبرت فروست ، مدرب ومراقب طيران في وكالة ناسا على موقع Quora:

هل لدوران الأرض تأثير على المدة التي تستغرقها القيادة من الشرق إلى الغرب مقابل القيادة على نفس الطريق من الغرب إلى الشرق؟ هل يستغرق المشي عبر غرفة نومك من الشرق إلى الغرب وقتًا مختلفًا عن المشي من الغرب إلى الشرق؟

لماذا تتوقع أن يؤثر دوران الأرض على طول رحلة الطائرة؟ طائرة جالسة على المدرج ، عند خط الاستواء ، تتحرك شرقًا بسرعة 1000 ميل في الساعة (1600 كم / ساعة) ، تمامًا كما تتحرك الأرض تحتها بهذه السرعة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فسيبدو أنه يتراجع بسرعة كبيرة. بمجرد أن ترفع الطائرة عن الأرض وتبدأ في الطيران ، لا يزال لديها 1000 ميل في الساعة (1600 كم / ساعة) ، تمامًا كما تفعل الأرض.

إذا كنت تعتقد أن 1000 ميل في الساعة (1600 كم / ساعة) تختفي ، فما القوة التي تعتقد أنها سلبتها؟ يخبرنا قانون نيوتن الأول للحركة أن "...يستمر الجسم المتحرك في الحركة بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه ما لم يتم التصرف به بقوة غير متوازنة. " من أجل أن تختفي هذه الحركة ، هناك حاجة إلى قوة.

إذا كانت هناك مثل هذه القوة ، ألن تؤثر عليك إذا قفزت في الهواء لثانية؟ إذا كنت تقفز في الهواء لثانية واحدة ، يمكنك محو 1000 ميل في الساعة (1600 كم / ساعة) التي لديك بالوقوف على الأرض المتحركة ، فستهبط على بعد حوالي 1450 قدمًا (450 مترًا) من المكان الذي قفزت فيه لأول مرة. من الواضح أن هذا لا يحدث.

وإذا كانت هناك قوة من الأرض جعلتك تتحرك للأمام بسرعة 1450 قدمًا / ثانية (450 م / ث) عندما أراد جسمك أن يكون ساكنًا ، فلن يؤدي ذلك إلى ضغط شديد على أسفل قدميك ؟

الأرض تدور. الغلاف الجوي حول الأرض يدور مع الأرض. كل شيء على الأرض أو في الماء أو في الهواء يدور أيضًا - مع الأرض - بنفس سرعة الأرض.

ما يمكن أن يؤثر على وقت السفر بين الشرق والغرب مقابل الغرب والشرق هو الرياح السائدة الناتجة عن تأثير كوريوليس والتي تنشأ بدورها بسبب دوران الأرض. في بعض خطوط العرض تكون الرياح السائدة باتجاه الغرب وفي خطوط العرض الأخرى تكون باتجاه الشرق.

هذا السؤال ظهر في الأصل كورا - المكان المناسب لاكتساب المعرفة ومشاركتها وتمكين الناس من التعلم من الآخرين وفهم العالم بشكل أفضل. يمكنك متابعة Quora على Twitter و Facebook و Google+. المزيد من الأسئلة:


لماذا لا يطردنا دوران الأرض عن السطح؟ - الفلك

لدي سؤال يزعجني. كنت في الحافلة في وقت سابق ، وكنت أرمي تفاحة. كانت الحافلة تتحرك ، لكن التفاحة كانت تسقط دائمًا في يدي. لماذا لم تتحرك الحافلة حول التفاحة حتى هبطت التفاحة مرة أخرى؟

هذا جعلني أفكر ، الأرض تدور حول مئات الأمتار في الثانية ، لذلك عندما نقفز ، حتى لو كان لمدة نصف ثانية ، ألا يجب أن نهبط على بعد عدة أمتار؟ (على الرغم من أننا قد نصطدم بمبنى أو شيء من هذا القبيل).

قرأت سؤالًا كان حول ما سيحدث إذا توقفت الأرض عن الدوران ، وكانت الإجابة تقول إن أي شيء لم يتم تثبيته على الأرض سيستمر في الدوران ، لذلك سنصطدم بالمباني وما شابه. إذا حدث ذلك ، فلماذا نقفز أو نسقط ونهبط في نفس المكان تقريبًا؟

آسف ، لقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً للرد على سؤالك - آمل ألا يكون الوقت قد فات للحصول على إجابة!

أعتقد أنني سأبدأ بالحديث عن جزء الحافلة من السؤال. إذا ركبت أنت وتفاحة حافلة ، وبدأت الحافلة في التحرك في الشارع ، فستحصل أنت والتفاح على نفس سرعة الحافلة. (هذا منطقي ، صحيح ، لأنكما تتحركان معًا.) لإيقاف شيء يتحرك ، تحتاج إلى استخدام القوة لإبطائه ، تمامًا كما تحتاج إلى استخدام القوة لتحريك الأشياء في البداية مكان. (على سبيل المثال ، راجع هذا السؤال المطروح سابقًا.) هناك قانون فيزيائي (قانون نيوتن الأول للحركة) يخبرنا أن "الأجسام المتحركة تميل إلى البقاء في حالة حركة". لذلك ، عندما ترمي التفاحة في الهواء أثناء وجودك في الحافلة ، فإنها تتحرك بالفعل للأمام بنفس سرعة الحافلة ، ولا توجد في الأساس أي قوة لإبطاء حركتها في هذا الاتجاه (بافتراض أنها لا ترتد عن السقف) ). لذلك ، أثناء وجودها في الهواء ، تتقدم التفاحة معك ومعك الحافلة والركاب الآخرين ، وتنزل في يدك.

إنها نفس الصفقة مع الأرض. نحن جميعًا على الأرض المتحركة ، ونسافر بنفس سرعة الأرض. لذلك عندما نقفز ، نستمر في التحرك بنفس السرعة التي كنا نتحرك بها من قبل لأنه لا توجد قوة تمنعنا. الآن ، إذا تم تطبيق قوة هائلة على الأرض الصلبة (مثل تأثير كبير) وتسببت في توقفها عن الدوران في لحظة واحدة ، فسنكون في مشكلة لأن الأرض كانت ستتوقف عن الحركة ، ولكن نظرًا لعدم تطبيق أي قوة على نحن ، ما زلنا نسافر بنفس السرعة التي كنا نسير بها قبل التأثير (سريع حقًا). أعتقد أنه إذا كان كل الناس ملتصقين بالأرض ، فإن قوة التأثير ستترجم إلينا أيضًا وسنبطئ سرعتنا ، لكن في الواقع نحن أحرار في الطيران إلى الأمام.

أعتقد أن حادث سيارة هو تشبيه جيد لهذا. إذا كنت تسافر بسرعة كبيرة على الطريق وتوقفت السيارة فجأة (مثل اصطدامك بشيء ما) ، فإن جسمك سوف يطير للأمام لأن لديك سرعة أمامية وسوف تميل إلى البقاء في الحركة في هذا الاتجاه. إذا كنت عالقًا في السيارة بحزام الأمان ، فستبقى في السيارة لأن حزام الأمان يمارس قوة تجعلك في مكانك. ولكن إذا كنت لا ترتدي حزام الأمان ، فقد تطير من السيارة. وبالمثل ، إذا توقفت الأرض بسرعة كبيرة ولم يتم الضغط علينا ، فسنحلق بسرعة كبيرة. ولكن طالما أن الأرض تتحرك ، فإننا نتحرك معها بحيث عندما نقفز ، فإننا في الواقع نتحرك لأعلى ونحيط في نفس الوقت بحيث ننزلق في نفس المكان.


لماذا لا تجعل مشكلة الجسم n منحنيات الدوران لمجرات القرص غير متوقعة؟

يفسر وجود المادة المظلمة الفرق بين منحنيات الدوران المرصودة والمتوقعة لمجرات القرص.

ولكن كيف لدينا حتى منحنى دوران متوقع لمجرات القرص؟

ألا تعني مشكلة الجسم n أن السرعات الشعاعية للنجوم في المجرة فوضوية تمامًا ولا يمكن التنبؤ بها؟

لا تعني مشكلة الجسم n & # x27t أن المسارات فوضوية تمامًا ولا يمكن التنبؤ بها. هذا يعني فقط أنه لا يوجد حل تحليلي معروف لثلاثة أجسام أو أكثر. لا يزال بإمكاننا إجراء محاكاة عددية بدرجة دقة عشوائية - محدودة فقط بمواردنا الحسابية.

الأسلوب العام هو حساب حل الجسمين على كل زوج محتمل من الأجسام في المحاكاة ، وتلخيص التأثيرات على كل جسم لخطوة زمنية معينة. عدد العمليات الحسابية يتناسب مع ن ^ 2، لذلك يستغرق وقتًا طويلاً بسرعة كبيرة. يتم استخدام طرق مختلفة لتقريب النتيجة بأقل تعقيد.

يمكنك التخلص من الفوضى. إنها فوضوية تمامًا على نطاقات زمنية طويلة.

هذا صحيح ، لكنني أعتقد أنه يشير إلى حقيقة أن مدارات ثلاثة كائنات أو أكثر ليست سوى مستقرة ميتا لمعظم التكوينات أو أنها غير مستقرة تمامًا. هذا بالطبع تبسيط للمادة المظلمة + حالة الباريون (أنا خبير محاكاة على نطاق واسع) لكنني أعتقد أنه أكثر انسجامًا مع أسئلة OPs. لا تزال وجهة نظرك حول الحساب مهمة جدًا للمستوى الذي يمكننا حسابه ، وهو ليس قريبًا من المدارات النجمية الفردية. حاليا أقرب إلى العناقيد الكروية.

أنا & # x27m باحث ما بعد الدكتوراه ، أركز بشكل كبير على محاكاة المجرات في محاكاة نوع الجسم N.

في الأساس ، بمجرد حصولك على عدد كافٍ من الأجسام ، يمكنك عمل تنبؤات جيدة حول الخصائص العامة واسعة النطاق للنظام. قد يكون مسار النجم الفردي فوضويًا ، ولكن إذا كان لديك نظام مكون من مائتي مليار نجم ، فسيبدأ هذا في الإلغاء تمامًا ، ويمكنك بالفعل البدء في التعامل مع الأشياء مثل نوع من السوائل (a & quotcollisionless & quot fluid). هذا هو أساسًا ما نفعله بالسوائل الحقيقية - نتعامل مع نظام يتكون من عدد كبير من الجزيئات بقيم كبيرة الحجم. لذا في هذه المحاكاة يمكنك & # x27t عادة أن تقول & quot هذا ما سيحدث للشمس & quot. ولكن يمكنك أن تقول & quot هذا كيف ستشكل النجوم ذراعًا حلزونيًا & quot ، حتى لو كان بإمكانك & # x27t التنبؤ بالضبط الذي ستكون النجوم جزءًا من ذراع حلزوني في أي وقت.

هناك العديد من النجوم (والكثير من الغازات والمادة المظلمة) لدرجة أنه ما لم يصطدم زوج من النجوم ببعضهما البعض ، فإن كل نجم يشعر في الواقع بقوة جاذبية لا تتغير إلا بسلاسة تامة. لذلك يمكنك القيام بهذه الأشياء باستخدام محاكاة الكمبيوتر والحصول على إجابات دقيقة جدًا.

بشكل عام ، إنها في الواقع مشابهة جدًا لنماذج الطقس والمناخ. هناك الكثير من الفوضى هناك ، ولكن بشكل عام يمكنك في الواقع عمل تنبؤات لائقة ، خاصة إذا لم تكن مهتمًا بالتفاصيل الدقيقة.

ألا تعني مشكلة الجسم n أن السرعات الشعاعية للنجوم في المجرة فوضوية تمامًا ولا يمكن التنبؤ بها؟

تتفاعل النجوم والأنظمة الشمسية في المجرة كثيرًا ، فهي بعيدة جدًا عن بعضها البعض. بالطبع ، هذا لا ينطبق حقًا على النجوم في الانتفاخ (& quotcenter & quot في المجرة) ، ولكن عندما يتعلق الأمر بالقرص ، فهذا افتراض صحيح. لذلك تصبح بشكل فعال مشكلة جسمين مع نجم ومركز المجرة.

تتفاعل النجوم والأنظمة الشمسية في المجرة كثيرًا

هذا يتعارض مع سبب امتلاك المجرات الحلزونية لأذرع ، ولماذا تتغير هذه الأذرع بمرور الوقت. أعتقد أن تفسير سؤال OP & # x27s هو أن مسارات النجوم الفردية لا تزال غير متوقعة. بسبب مشكلة الجسم n ، ولكن عند التعامل مع مثل هذه الأعداد الهائلة من النجوم ، فإن التقريب الإحصائي جيد بما يكفي لنمذجة المجرات دون أن تكون وفية جدًا لكيفية تحرك كل نجم على حدة.

كان يُعتقد أن دوران المجرة الحلزونية يشبه الدوامة ، حيث تتمتع الجسيمات الأقرب إلى المركز بسرعة زاويّة أسرع بكثير من النجوم الموجودة على الحدود الخارجية. لقد كان قياس إزاحة دوبلر مباشرًا منذ وقت ليس ببعيد هو الذي أثبت أن النجوم على حافة حافة المجرة لها نفس السرعة الزاوية مثل تلك الموجودة باتجاه المركز. تدور المجرة الحلزونية كقرص صلب ، الأذرع الحلزونية تتشكل بواسطة نبضات موجات الجاذبية. هذا هو سبب الحاجة إلى & quot؛ الأمر & quot؛ الأمر & quot؛ البناء.

في علم الفلك والفيزياء ، تم حسابه مقابل الملاحظة لأكثر من 100 عام حتى الآن ، نظريًا مقابل تجريبي. تم تصميم دوران المجرة بميكانيكا نيوتن. هناك احتمال ألا تعمل ميكانيكا نيوتن على مسافات وأحجام طويلة جدًا لأنها لا تعمل مع مسافات وأحجام صغيرة جدًا.

تدور المجرات أسرع مما ينبغي. يجب أن تمزقهم قوة الجاذبية المركزية (أو على الأقل ترمي معظم النجوم في الخارج بعيدًا في الفضاء بين المجرات). يمكننا ملاحظة ذلك باستخدام تأثير دوبلر. يسمح لنا تأثير دوبلر بمراقبة تغير في الضوء بناءً على ما إذا كان الجسم يتحرك بالقرب منا أو بعيدًا عنه. (يحدث تأثير دوبلر عندما تبدو الموجة ممتدة أو مضغوطة لأن المصدر يتحرك بعيدًا أو أقرب إلينا.) إذا تم استخدام تأثير دوبلر مع صورة عالية الدقة لمجرة ، فيمكننا ملاحظة دورانها ، وتصادمات العنقود النجمية لا تتبع المسارات التي نتوقع أن تذهب إليها المادة ، والاختلافات الكبيرة بين مقدار الدوران وكتلة المجرات. في تصادم العنقود النجمي ، لا تجذب المادة مباشرة وتذهب في المسارات التي توقعناها. يمكن تفسير ذلك من خلال جسيم لا يتفاعل كثيرًا خلفه. يمكن تفسير الاختلافات بين ما لاحظناه مع المجرات وما نقيسه إذا كانت هناك كميات كبيرة من المادة المظلمة في هالة حول كل مجرة. تقدير مقدار الكتلة بنفس سهولة الدوران باستخدام الأدوات المناسبة. نحتاج فقط إلى الضوء الذي تنتجه ، ولم نجد كتلة كافية للحفاظ على تماسك المجرة.


تؤكد الملاحظات المباشرة أن البشر يتسببون في اختلال توازن الطاقة على الأرض

يُظهر نموذج حاسوب عملاق تابع لوكالة ناسا كيف تتقلب غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) - المحرك الرئيسي للاحترار العالمي - في الغلاف الجوي للأرض على مدار العام. تظهر التركيزات الأعلى باللون الأحمر. الائتمان: استوديو التصور العلمي التابع لوكالة ناسا / مكتب النمذجة والاستيعاب العالمية التابع لوكالة ناسا

إن ميزانية الأرض - ميزانية طاقة. يحاول كوكبنا باستمرار موازنة تدفق الطاقة داخل وخارج نظام الأرض. لكن الأنشطة البشرية تخل بهذا التوازن ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة كوكبنا استجابةً لذلك.

تدخل الطاقة الإشعاعية إلى نظام الأرض من ضوء الشمس الذي يضيء على كوكبنا. تنعكس بعض هذه الطاقة من سطح الأرض أو الغلاف الجوي إلى الفضاء. يمتص الباقي ، ويسخن الكوكب ، ثم ينبعث كطاقة إشعاعية حرارية بنفس الطريقة التي يسخن فيها الأسفلت الأسود ويشع الحرارة في يوم مشمس. في النهاية ، تتجه هذه الطاقة أيضًا نحو الفضاء ، ولكن يُعاد امتصاص بعضها بواسطة السحب والغازات المسببة للاحتباس الحراري في الغلاف الجوي. يمكن أيضًا أن تنبعث الطاقة الممتصة مرة أخرى باتجاه الأرض ، حيث ستؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السطح أكثر.

تؤدي إضافة المزيد من المكونات التي تمتص الإشعاع - مثل غازات الاحتباس الحراري - أو إزالة تلك التي تعكسها - مثل الهباء الجوي - إلى إعاقة توازن طاقة الأرض ، وتتسبب في امتصاص الأرض لمزيد من الطاقة بدلاً من الهروب إلى الفضاء. يُطلق على هذا التأثير الإشعاعي ، وهي الطريقة المهيمنة التي تؤثر بها الأنشطة البشرية على المناخ.

تتنبأ النمذجة المناخية بأن الأنشطة البشرية تتسبب في إطلاق غازات الدفيئة والهباء الجوي التي تؤثر على ميزانية طاقة الأرض. الآن ، أكدت دراسة أجرتها وكالة ناسا هذه التنبؤات من خلال الملاحظات المباشرة لأول مرة: تتزايد التأثيرات الإشعاعية بسبب الإجراءات البشرية ، مما يؤثر على توازن طاقة الكوكب ويسبب في النهاية تغير المناخ. نُشرت الورقة على الإنترنت في 25 مارس 2021 في المجلة رسائل البحوث الجيوفيزيائية.

قال رايان كرامر ، المؤلف الأول للورقة والباحث في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند: "هذا هو الحساب الأول للتأثير الإشعاعي الكلي للأرض باستخدام الملاحظات العالمية ، وهو ما يفسر تأثيرات الهباء الجوي وغازات الاحتباس الحراري". وجامعة ماريلاند بمقاطعة بالتيمور. "إنه دليل مباشر على أن الأنشطة البشرية تسبب تغييرات في ميزانية طاقة الأرض."

يدرس مشروع غيوم ناسا ونظام الطاقة المشعة للأرض (CERES) تدفق الإشعاع في الجزء العلوي من الغلاف الجوي للأرض. سلسلة من أجهزة CERES تطير باستمرار على الأقمار الصناعية منذ عام 1997. كل منها يقيس مقدار الطاقة التي تدخل نظام الأرض ومقدار الأوراق ، مما يعطي التغيير الإجمالي في الإشعاع. تُظهر هذه البيانات ، بالاقتران مع مصادر البيانات الأخرى مثل قياسات حرارة المحيطات ، وجود اختلال في توازن الطاقة على كوكبنا.

قال كرامر: "لكنها لا تخبرنا ما هي العوامل التي تسبب تغيرات في توازن الطاقة".

استخدمت هذه الدراسة تقنية جديدة لتحليل مقدار التغيير الكلي للطاقة الذي يسببه البشر. قام الباحثون بحساب مقدار عدم التوازن الناتج عن التقلبات في العوامل التي تحدث غالبًا بشكل طبيعي ، مثل بخار الماء والسحب ودرجة الحرارة والبياض السطحي (بشكل أساسي سطوع أو انعكاس سطح الأرض). على سبيل المثال ، أداة Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) على القمر الصناعي Aqua التابع لناسا تقيس بخار الماء في الغلاف الجوي للأرض. يمتص بخار الماء الطاقة على شكل حرارة ، لذا فإن التغيرات في بخار الماء ستؤثر على كمية الطاقة التي تخرج في النهاية من نظام الأرض. The researchers calculated the energy change caused by each of these natural factors, then subtracted the values from the total. The portion leftover is the radiative forcing.

Other satellites and instruments – like CERES – monitor incoming energy from the Sun and energy that is emitted back into space. Credit: NASA’s Scientific Visualization Studio

The team found that human activities have caused the radiative forcing on Earth to increase by about 0.5 Watts per square meter from 2003 to 2018. The increase is mostly from greenhouse gases emissions from things like power generation, transport and industrial manufacturing. Reduced reflective aerosols are also contributing to the imbalance.

The new technique is computationally faster than previous model-based methods, allowing researchers to monitor radiative forcing in almost real time. The method could be used to track how human emissions are affecting the climate, monitor how well various mitigation efforts are working, and evaluate models to predict future changes to the climate.

"Creating a direct record of radiative forcing calculated from observations will allow us to evaluate how well climate models can simulate these forcings," said Gavin Schmidt, director of NASA's Goddard Institute of Space Studies (GISS) in New York City. "This will allow us to make more confident projections about how the climate will change in the future."


E. Water Going The Wrong Way Down The Sink

How slow is slow enough? Well, a quick order of magnitude calculation can be used here. Figure that after the first second of draining a sink has gotten set in whichever way it's going to spiral down the sink. it only gets stronger after it starts moving (since the velocity towards the drain picks up). Figure an average particle is at a radius of ten centimeters from the drain, so a micron per second corresponds to about 2 microradians per second angular velocity that can be changed before things get out of hand. Or about 100000 seconds per rotation. one rotation per day, roughly. Give or take an order of magnitude and one full rotation per hour is all the Coriolis Effect can reverse. Even take two orders of magnitude and you still can have water spinning at once every few minutes and still be spinning the "wrong" direction enough to ignore the Coriolis Effect and go down the sink its own way. This is certainly "not visibly moving."

Of course, many sinks will exhibit no visible spin at all if they are small enough that no relic spin can work up to a good whirl and will only spiral if the water is let out while still rotating very visibly.

As to whether there's a conspiracy among sink manufacturers to sell only clockwise-encouraging faucets south of the Equator and counterclockwise faucets north of it is a topic for another day. The reader is encouraged to search the journal علم where I am told a pair of serious studies are presented (unfortunately, I don't know which issues the articles are in, or even which year. my information is still secondhand). The results were that after you carefully control all the variables (use a large wooden tub, control the temperature throughout the tub, have the drain be a tube extending up into the tub to avoid friction effects with the tub walls, start the water off spinning the "wrong" way, etc) and wait 18 hours for the water to settle down, water does indeed spiral down the sink opposite directions in the two hemispheres. But this effect is so subtle that it wouldn't ever be seen in your bathroom sink.


شاهد الفيديو: كيف يتكور الماء على الارض - باختصار (شهر اكتوبر 2021).