地球的运动(地球运动的一般特点)

地球运动包括自转运动和公转运动两种基本形式,也就是说还有别的形式,只是在高中阶段里我们只需要学习简单的自转运动和公转运动而已。这两种运动都有一个“转”字,在字里行间表明这两种运动都是曲线运动,我们可以从以下几个方面来对比这两种运动。
运动中心:自转运动是指地球绕地轴的旋转运动,地轴的北端始终指向北极星附近,如果在夜晚,用长时间曝光的相机,对准北极星附近的星空,就可以得到课本中图1.14的星轨图,非常漂亮,除了北极星以外,其他的每一颗星的运动轨迹都是一段弧线,这就证明了在地球自转过程中,北极不会动,北极星也不会动,这些星轨是因为地球的自转造成的,其实这些星绝大多数都没有动,是地球在动。公转运动的中心是太阳,也就是说,地球在自转的同时也围绕着太阳公转。还记得“月球绕着地球跑,地球绕着太阳跑”的童谣吗?其实幼儿时期的我们,已经有了地球公转运动的基本概念,公转之于我们,根本就不陌生。
轨道:地球表面任意一点,自转的轨道其实就是在地球上过该点的纬线圈,如果把地球看成是正球体,这些纬线圈都是大小不等的正圆,这些正圆所在的平面,其实都是与赤道面平行的平面,我们可以抽象一下,地球自转的轨道面其实就是赤道面,也就是说可以用赤道面来表示地球自转的轨道面。地球绕日公转的轨道是一个近似于正圆的椭圆,偏心率等于0.017,太阳的位置就在椭圆的一个焦点上,这就是使得在地球公转轨道上有近日点和远日点,据观测,近日点的时间在每年的1月初,远日点在每年的7月初,可以简单记忆为“近1远7”。公转轨道所在的平面称之为黄道面,黄道面和前面的赤道面之间有一个夹角,权且叫黄赤交角,目前度数是23°26′,为什么说是“目前”因为以后可能还有所变化。
方向:自转和公转的方向都相同,都是“自西向东,北逆南顺”,军训的时候,大家都有向左转的训练,现在我面向南,背向北,左边是东,右边是西,请大家观察我连续四个向左转的动作,“向左转1,向左转2,向左转3,向左转4”,看到了吗,体会好自西向东和北逆南顺,想想我刚才的动作,如果你在我的头顶无穷远的地方向下看我的向左转,还真的是逆时针方向,如果你能到我的脚下无穷远的地方看我的向左转,还真是顺时针方向。大家也可以体会当你一边向左转,一边围绕太阳做公转运动,也可以体会到公转的方向,对吧。
周期:自转运动是周期运动,其周期可以选择太阳系以外的任意一颗恒星来作为参照,当地球任意纬线上的点与其中心和恒星在一条直线上时开始计时,当这三点再一次同一侧共线时的时间间隔就可以定义为一个周期,记为恒星日,这期间地球自转360°,花的时间大约是23小时56分4秒。为什么不用太阳为参照,因为地球自转的同时还围绕着太阳公转,以目前的自转公转方向分析发现,其实在太阳日期间,地球自转了360°59′,太阳日不是地球自转的真正周期,但是昼夜交替的周期。我们可以用同样的方法来定义公转运动的周期,选择任意除太阳以外的恒星作为参照物,当太阳、地球和恒星连续两次同一侧共线的时间间隔,记为一个恒星年,时间大约是365日6时9分10秒。你知道公历吗,一年365天,分12个月,大月31天,小月30天,2月28天,这样,每年就会少掉6个小时左右,每四年就会多出一天,记为2月29日,这就是闰年的二月,如果有一个同学的生日为2月29日的话,他可能每四年才能过上一个生日。可能你还听过回归年,时间是365日5时48分46秒,这是太阳直射点在南北回归线之间做回归运动的周期,不是公转运动的真正周期。
速度:由于自转和公转都是圆周运动,所以用线速度和角速度来对速度进行描述。自转角速度其实我们可以计算出来,也就是转动每恒星日期间转动360°,那么用360°除以23小时56分4秒就大约可以得到15°每小时的角速度,因为自转运动中两极并没有动,所以角速度为0,也就是说,角速度的分布规律是除两极点外都相等,都约等于15°每小时,这个数据很重要,时区的划分,太阳视运动时间的计算,地方时的计算都要用到。自转的线速度因纬线而不同,赤道的长度最大,所以赤道线速度最大,越往两极,线速度越小,两极地区没有线速度。教材里给我们一组数据,赤道线速度为1670千米每小时,30°为1447千米每小时,60°为837千米每小时,我们从数据可以得到自转线速度的变化规律,同时你也可以观察,837正好是1670的一半左右吧,如果我们把二分之一和60°对应起来,有没有灵机一动的感觉?是的,60°的余弦值正好是二分之一,可以得到60°的线速度正好是赤道线速度与60°角余弦值的乘积,推广一下,任意纬度的线速度都等于赤道线速度与该纬度余弦值的乘积,由于余弦函数在0°-90°区间里是减函数,也可以得到自转线速度由赤道向两极递减的规律。由于公转的轨道是一个近似于正圆的椭圆,太阳在一个焦点上,近日点和远日点的速度有所不同,根据开普勒定律,行星与太阳时间的连线在相同时间间隔内扫过的面积相等,可以得到近日点的角速度和线速度都比较快,远日点的角速度和线速度都比较慢,连同前面的轨道形状,可以简记为“近1远7,近快远慢”。
以上就是地球自转和公转的一般特点,也是高中地理地球运动最为简单的部分。


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