7.2 太阳和地球

太阳和地球

 

 

地球自转

地球自转：地球绕自转轴自西向东的转动，从北极点上空看呈逆时针旋转，从南极点上空看呈顺时针旋转。关于地球自转的各种理论目前都还是假说。地球自转是地球的一种重要运动形式，自转的平均角速度为7.292×10-5弧度/秒，在地球赤道上的自转线速度为 465米/秒。地球自转一周耗时23小时56分，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。

一般而言，地球的自转是均匀的。但精密的天文观测表明，地球自转存在这3种不同的变化：①长期减慢；②周期性变化；③不规则变化。

科里奥里效应与风向

科里奥利效应在日常生活中最重大的意义，是同旋转着 的地球有关。地球表面赤道上的一个点，在24小时内划一 个大圆圈，因此它是在快速地运动）如果我们从赤道出发， 越向北（或向南）走，那么，地面的一个点在一天之内划出 的圆圈就越小，它也运动得就越慢。

从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的 旋转，从西向东转动得非常快。当它向北流动时，它保持着 它的速度，而地表的运动速度却越来越小。因此，风或海流 就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线前进。最后，风或 海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则反 时针方向划一个大圆圈。

正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中 （因而更加有力）时，就会形成飓风，如果还要更加集中和 更加有力，就会形成龙卷风。

科里奥利效应（Coriolis force)，是地球自转偏向力，指的是由于地球沿着其倾斜的主轴自西向东旋转而产生的偏向力，使得在北半球所有移动的物体包括气团等向右偏斜，而南半球的所有移动物体向左偏斜的现象。

生活中的科里奥利现象

下面介绍一些现实生活中受科里奥利力影响形成的现象：我国地处北半球，物体在地面上运动，受地转偏向力作用而自行向右偏转，这种现象在日常生活中还从来没有观察到。人在走路时，也从来不会不自觉地偏到右边去。这完全是因为地转偏向力很小，其效应被其他作用力的效应所掩盖。地转偏向力的效应只有在长时间累积的条件下，才容易察觉。试解释以下现象：

1.柏而定律：该定律是自然地理中一条著名的、从实际观察总结出来的规律，即北半球河流右岸比较陡削，南半球则左岸比较陡削。这可以由地转偏向力得到说明，北半球河水在地转偏向力作用下，对右岸冲刷甚于左岸，长期积累的结果，右岸比较陡峭。

2.大气环流：大气运动的能量来源于太阳辐射，气压梯度力是大气运动的源动力。全球共有赤道低压带，南、北半球纬度30°附近的副热带高压带，南、北半球纬度60°附近的副极地低压带，南、北半球的极地高压带等七个气压带。气压带之间在气压梯度力和地转偏向力的作用下形成了低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈。由于受地转偏向力的作用，南北向的气流却发生了东西向的偏转。北半球地面附近自北向南的气流，有朝西的偏向。在气压带之间形成了六个风带，即南、北半球的低纬信风带，南、北半球的中纬西风带，南、北半球的极地东风带。

3.气旋和反气旋：气旋与反气旋是大气中最常见的运动形式，也是影响天气变化的重要天气系统。在气压梯度力和地转偏向力的共同作用下，大气并不是径直对准低气压中心流动，也不是沿辐射方向从高气压中心流出。低气压的气流在北半球向右偏转成按顺时针方向流动的大旋涡，在南半球向左转成按逆时针方向流动的大旋涡，大气的这种流动很象江河海流中水的旋涡，所以又叫气旋。夏秋季节，在我国东南沿海经常出现的台风，就是热带气旋强烈发展的一种形式。高气压的气流在北半球按顺时针方向旋转流出，在南半球按逆时针方向旋转流出，高气压的这种环流系统叫反气旋。

4.傅科摆：地球的自转对单摆的运动也会产生影响，单摆的振动平面将顺时针方向不断偏转。傅科1851年在巴黎的教堂第一次用摆长达67m，摆球为直径略大于30cm的铁球，质量为28kg，单摆振动时所画出的随圆长轴等于3m，摆的振动周期为16s，而随圆旋转的周期则为32h。在历史上，傅科以此第一次显示了地球的自转。

5.复线火车：我国地处北半球，火车在行驶中受地转偏向力作用，因而对右轨压力大于左轨压力，普通单轨铁路上经常有相反方向的火车行驶，其左右正好相反，结果两轨磨损差不多相同。由于受火车发展历史的影响，调度员用来指挥火车开、停、允许不允许进站等的行车信号都设在火车前进方向的左侧路边，因而复线火车都是靠左行。火车由于受到指向运动右侧的地转偏向力，而使复线铁路上靠左走的火车所受的地转偏向力均指向内侧。设一列火车质量为2000t，速度为20m/s，列车所在地点的纬度为45°， 地转偏向力的水平分量大小: FC水平=2mVωsin45°=4123N 这只相当于列车自重的万分之二，仅为列车所受阻力的百分之几。这样大小的力，其作用效果只能表现为右轨磨损较甚，而不会使复线上相向而行的两列火车相撞。

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