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地球自转这么快,为啥人感觉不到?傅科摆为什么能证明地球自转?

 无限时空使者 2018-08-05

我们都知道,地球是在不断转动的,以平均每小时15度的角速度自转,在赤道位置的自转线速度约465米/秒。然而为什么我们完全感觉不到?

答案很简单,这是参照系的选择问题。就像我们坐火车,站台上的人可以很明显的看到,火车上的人在快速运动。而火车上的人却觉得自己是静止不动的,但是可以看到车外的景色的快速倒退,常识告诉我们,车外的景色是不会移动的。于是我们意识到这是所乘的火车在移动,景色移动得越快,表明火车运动得越快。

把地球看做宇宙间的火车,如果在它运行的轨道旁也有快速移动的景色,我们就很能容易感觉到地球的运动了。可近处没有这样的东西,只有远处的星星似乎可以帮助我们。但星星离我们实在太远了,在短时间里,由于我们没有可以对照的外界事物,因此很难感觉出地球的转动。而且,我们周围的一切物体,就像火车中的空气,地球的大气和海洋也与我们一样随地球一起转动。

如果火车加速或者减速,我们可以感受到对我们身体造成的力。这是因为物理学的基本定律,力等于质量乘以加速度。火车以匀速运动时,加速度为零,我们也就感觉不到有力施加在身体上。但是在火车加速或者减速,加速度发生变化时,我们就会明显感觉到。同样的道理,我们的地球转动速度如果有明显的变化,那么我们也可以感受到地球的转动。

不过可惜和幸运的是,我们乘坐的是一辆缓慢的火车,地球的转动并不会突然变慢或者突然加速,所以我们可能永远不会感受到地球的转动。事实上,太阳的东升西落就是地球自转的结果,还有什么能证明地球是在自转?

自从哥白尼发表了《天体运行论》一书,提出了地球自转的概念以后,许多实验都证明了地球自转的存在。
法国物理学家傅科于1851年做了一项有趣的实验。傅科在法国巴黎的先贤祠大厅的穹顶上,悬挂了一条67米长的绳索,绳索的下面是一个重达28千克的摆锤。悬挂点经过特殊设计,使摩擦减少到最低限度,这种摆,惯性和动量大,因而基本不受地球自转影响而自行摆动,并且摆动时间很长。

在傅科摆试验中,人们看到摆动过程中,摆动平面沿顺时针方向缓缓转动,摆动方向不断变化
事实上,摆在摆动平面方向上,并没有受到外力作用。按照惯性定律,摆动的空间方向不会改变,因而可知,这种摆动方向的变化,是由于观察者所在的地球,沿着逆时针方向转动的结果。地球上的观察者,看到了相对运动的现象,从而有力地证明了地球是在自转。

傅科摆放置的位置不同,摆动情况也不同。在北半球时,摆动平面顺时针转动,在南半球时,摆动平面逆时针转动。而且纬度越高,转动速度越快,在赤道上的摆几乎不转动。
作为地球自转的有力实验,傅科摆在许多科学博物馆和大学内,是很受欢迎的展品。北京天文馆大厅里,就有一个巨大的傅科摆,时时刻刻提醒人们,地球在自西向东自转着。

前面我们说了,地球自转并不会突然的加速或者减速。但是实际上,地球的自转却是在长期减慢。几十亿年前,地球-月球系统刚形成时,地球的自转周期大概是5小时,之后地球的自转速度就不断地在降低。引起地球自转长期减慢的原因主要是月球引力引起的潮汐摩擦,每100年的自转时间会增加2毫秒左右。不过这个速度还是太小,我们感觉不到

不过,这并不妨碍我们大开脑洞,我们不妨可以讨论下,如果地球以现在二分之一的速度旋转,或者两倍速度旋转,甚至停止自转,你觉得会发生什么情况呢?
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