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地球的运动

第六节地球的自转地球自转及证明一、傅科摆实验北半球为顺时针偏转，证明了地球自转的为逆时针（向东）方向；偏转速度为sinφ·15°/h，在两极，傅科摆偏转速度最大，等于地球自转的角速度；（30°N，θ=7.5°/h）证明了地球自转的周期

傅科摆的特点是绳长、锤重，使摆动能持续较长时间，并在沙盘上留下摆动的轨迹。图3-1傅科摆示意图

该傅科摆是一个镀金球体,球内装有一些铜,球体由一根不锈钢丝从75英尺高的天花板上悬吊下来。万向接头使它可以自由地朝任何方向摆动。傅科摆下方的电磁铁抵销了空气摩擦力,使摆可以持续地均匀摆动。由于地球的自转,摆在一天中摆动的方向似乎会变化。这个球体需要36小时45分钟才能完成一个周期。图3-2联合国总部的傅科摆

二、落体偏东：高空下落的物体，由于原来的自转线速度大于地面，因而有趋前（即偏东）的现象。（在很深的矿井中做实验）三、水平运动的偏转：北半球向右，南半球向左四、天体的周日视运动：自东向西

图3-3落体偏东由地面上A点自由下落的物体，在地球不自转时，应落到a点；在地球自转时，由于A点的初速度大于a点的初速度，物体落到地面时，a点转到a’点，A点下落的物体的落点超前于a’，到达a”点，a”在a’的东边，即“落体偏东”。

地极：地球瞬时自转轴与地球表面的交点。CIO（国际习用原点）：统一的地极坐标原点极移（polarmotion）定义：地球瞬时自转轴在地球本体内的运动。（或南北两极在地面上的移动）原理：地球内部物质不均匀性，不规则椭球体造成。地球自转的规律性一、地轴和极移

极移特征：南北两极在地面上的移动，极移范围不超过±0.″4，15米极移周期：包括14个月的周期，1年为周期的受迫摆动（主要成分）结果：各地经纬度变化，不造成天北极在天球上的变化。

极移是地极的移动，不涉及天极在天球上位置的变化；进动造成天极的移动，不涉及地极在地面上的位置的变化图3-4极移与进动的比较

二、地轴进动（岁差：Precession）定义：在外力作用下，地轴绕黄轴的缓慢的周期性的圆锥形运动，引起了春分点位置沿黄道的西退和天北极位置在星空中的变迁。（或地轴绕黄轴的圆锥形运动）

地轴的一种圆锥运动圆锥轴垂直于轨道平面，指向黄极；圆锥半径23????（黄赤交角）；方向向西（与地球自转和公转方向相反）；速度每年50?（主要为日月岁差，还有行星岁差）；周期25800年。

图3-5左：陀螺的进动（向东）右：地球的进动（向西）地轴进动的原因地球形状；黄赤交角；地球自转。

图3-6力矩M1M2，合力矩使地轴趋近黄轴

地轴进动的表现天极周期性运动；北极星变迁；赤道面（和天赤道）的系统的变化；二分点沿黄道西移（交点退行）；

图3-7北极星的变迁

使回归年小于恒星年（我国古称“岁差”）太阳巡天一周，有别于季节上的一周岁，差值为20?；春分点西移：赤道坐标系中：恒星赤经和赤纬都缓慢而持续变化；黄道坐标系中：春分点沿黄道西移，恒星黄经持续变化，黄纬不变。

三、地球自转的周期恒星日：同一恒星连续两次在同地中天的时间，地球自转的真正周期（有细微差别），23小时56分恒星日是同恒星时（春分点的时角）相联系的；天文学以春分点定义恒星日；

太阳日：太阳连续两次在同地中天时间 24小时00分太阴日：月球连续两次在同地中天时间 24小时50分太阳日和太阴日不同，二者具有不同的速度

图3-8太阳日与恒星日

四、地球自转的速度角速度：除极地为0外，全球相等。线速度：随纬度增大而减小，随高度增大而增大。地球自转速度的变化：长期变慢季节变化不规则变化

图3-9地球自转速度演示角速度：15?/h线速度：V0＝2?R/T=465m/sV??V0cos?V0为赤道上的线速度V?为纬度?上的线速度 T/s为地球自转周期 R/m为赤道半径

地球自转的后果一、不同天体的周日运动恒星周日运动的路线（周日圈），即各自所在的赤纬圈，都以南北天极为不动的中心天和地的关系，犹如球面和球心的关系，周日运动的方向应同地球自转方向相反恒星周日运动的周期和速度，如实反映了地球自转的周期和它的角速度

二、不同纬度的周日运动恒显星、恒显区和恒显圈恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上的恒星；恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平，这部分周日圈全部位于地平以下的恒星；出没星：介于上述两部分星区之间的恒星，有东升西落，这部分周日圈与地平圈相交的恒星；

图3-10不同纬度的天球周日运动（左）：在北极，只有恒显星和恒隐星，而无出没星；周日圈平行于地平圈。（