Физика, Математика, Астрономия
С какой скоростью вы стоите?
|
DEMO доступ
|
Если мы не находимся на полюсе Земли, то у нас есть скорость, связанная с вращением Земли. Мы не чувствуем её, но она есть, и очень немаленькая.
С какой скоростью вы стоите?
Начнём не с шара, а с круга. Посмотрим на точку, которая находится на краю круга, и будем крутить круг. У точки появится две скорости: угловая скорость и линейная.
Угловая скорость
Если, например, за 1 минуту точка проходит один полный оборот, значит её скорость один оборот в минуту. Это и есть угловая скорость, т.е. точка за какое-то время повернулась вместе с кругом на какой-то угол. Если точка, например, делает за 10 секунд 6 оборотов, то её скорость 6 оборотов за 10 секунд или иначе 0,6 оборота в секунду (6 поделили на 10). Это можно записать так: 0,6 об/с. Можно измерять угловую скорость не в оборотах в единицу времени, а в градусах в единицу времени. Один оборот соответствует 360 градусам, значит, если скорость один оборот в секунду, то иначе эту скорость можно записать как 360 градусов в секунду. Например, если скорость 0,6 об/с, то заменяем "оборот" в числителе дроби "об/с" на 360°. Уножаем 0,6 на 360 градусов и получаем 216° в секунду. Значит 0.6 об/с и 216 град/с - одна и та же скорость.
У всех точек круга за исключением центра круга угловая скорость одинакова, независимо от того, в каком месте круга точки находятся. Угловая скорость центра круга равна нулю.
Линейная скорость
Кроме угловой скорости у точки на краю круга есть ещё скорость, которую называют линейной. Эта скорость всегда направлена по касательной к окружности, по которой точка вращается. Эта касательная - траектория точки в случае, если она от круга оторвется в процессе движения.

Убедиться в том, что любая точка круга, оторвавшись от круга, будет двигаться по прямой, можно, наблюдая за движением частичек наждачного круга, которые от него оторвались во время вращения.

Чтобы узнать линейную скорость тела, нужно разделить длину окружности, по которой точка движется, на время одного оборота, то есть мы как бы вытягиваем окружность в линию и смотрим, за сколько времени точка пройдёт этот отрезок (если вытянуть окружность в линию, получится отрезок). Узнать длину окружности можно, зная радиус окружности. Для этого нужно число 2 умножить на число π (читается "пи") и умножить на радиус окружности. В расчетах число π можно принимать равным 3,14, то есть чтобы узнать длину окружности, нужно радиус окружности умножить на 6,28, это будет приблизительное значение длины окружности.

Как узнать радиус любой параллели
Чтоба найти линейную скорость точки на шаре, нужно узнать, по окружности какого радиуса она вращается. Если известна широта точки на Земле, можно найти радиус окружности, по которой эта точка вращается.

Если мы знаем широту черной точки на рисунке выше, то угол между зеленым катетом и гипотенузой прямоугольного треугольника равен этой широте. Гипотенуза - это радиус Земли. Радиус Земли известен (для неточных вычислений можно принять его 6 400 км). Зная гипотенузу и угол, можем вычислить длину зеленого катета. Если знаете тригонометрию, то этот катет равен гипотенузе, умноженной на косинус нашего угла, т.е. на косинус широты. Если не знаете тригонометрию, то можно нарисовать прямоугольный треугольник так, чтобы его гипотенуза была равна 6,4 сантиметра (уменьшили отрезок в 10 млн раз) и угол был равен той широте, про скорость на которой Вы хотите узнать (например, широта 30 градусов). И построив такой треугольник, измерить у него длину катета, аналогичного зеленому катету на рисунке выше. Затем умножайте полученное значение на 10 млн, и получите длину радиуса в сантиметрах, по которому вращается точка.
Например, широта 30 градусов. Рисуем прямоугольный треугольник с гипотенузой 6,4 см и углом 30 градусов (как можно точнее по транспортиру). Измеряем длину катета, она будет равна примерно 5,5 см. Умножаем на 10 млн, получаем 55 млн см, это 5 500 км. Это длина радиуса, по которому вращается точка на поверхности Земли, расположенная на широте 30 градусов (не важно, северная широта или южная).

Как узнать линейную скорость, зная радиус окружности
Теперь, зная радиус, можно найти длину окружности, а потом найти скорость, разделив длину окружности на длительность суток, т.е. на 24 часа.
В нашем случае радиус 5500 км, умножаем его на 6,28, получаем 34500 км. делим 34500 на 24, получаем 1439,16666... км в час, округляем, например, до десятых долей, получаем 1439,2 км/час. Такую скорость сообщает Земля своим вращением вокруг оси любому объекту на широте 30 градусов. На этой широте в Северном полушарии находятся наприменр, города Новый Орлеан (США) и Каир (Египет).
Важно отметить, что это скорость относительно оси вращения Земли. Поскольку Земля не только вращается вокруг своей оси, но и движется относительно других объектов, в частности, относительно Солнца, то и объекты на поверхности Земли тоже движутся относительно Солнца и других космических тел. И в каждом случае (относительно каждого объекта) про скорость нужно говорить отдельно.
Задачи по теме видео
Темы, связанные с темой видео
Математика
Уровень 2 из 4
Как в тетради уместить километры?
Как, рисуя маленькие треугольники в тетради, вычислять стороны гигантских треугольников, стороны которых измеряются километрами и миллионами километров?
