Šta je rotacija?
Zemlja se istovremeno kreće na dva načina: okreće se oko svoje ose – to je rotacija – i kruži oko Sunca – to je revolucija. U ovoj lekciji upoznajemo rotaciju.
Zemljina osa je zamišljena prava linija koja prolazi kroz središte Zemlje i probija njenu površinu u dvije tačke – Sjeverni i Južni pol. Osa nije uspravna u odnosu na ravan po kojoj Zemlja kruži oko Sunca, nego je od okomice nagnuta za 23°26′. Pri tome je uvijek usmjerena prema istoj tački na nebu – blizu zvijezde Sjevernjače (Polaris).
- Smjer rotacije: od zapada prema istoku. Gledano odozgo, iznad Sjevernog pola, Zemlja se okreće suprotno od kazaljke na satu.
- Trajanje: jedan pun okret u odnosu na zvijezde traje 23 h 56 min 4 s (zvjezdani dan). Jedan okret u odnosu na Sunce traje u prosjeku 24 h (Sunčev dan).
- Ugaona brzina: 360° za 24 sata, odnosno 15° za jedan sat (1° za 4 minute) – jednaka je na cijeloj Zemlji.
U animaciji promijeni datum: za ravnodnevnice granica osvijetljenosti prolazi kroz oba pola, a za solsticije je jedan pol stalno obasjan (polarni dan), dok je drugi stalno u mraku (polarna noć). Prebaci na pogled odozgo i uvjeri se da se Zemlja okreće suprotno od kazaljke na satu.
Zašto Sunčev dan traje 24 sata, a zvjezdani 4 minute kraće?
Dok se Zemlja jednom okrene oko ose, ona se istovremeno pomjeri po svojoj putanji oko Sunca za oko 1°. Zato se mora okrenuti još malo – oko 1°, odnosno 4 minute – da bi Sunce ponovo bilo na najvišem položaju na nebu. Tako je Sunčev dan za oko 4 minute duži od zvjezdanog.
Brzina rotacije
Iako se sve tačke na Zemlji okrenu za isti ugao, one ne prelaze isti put. Tačka na ekvatoru za 24 sata opiše krug dug oko 40 075 km, pa se kreće brzinom od oko 1 670 km/h (465 m/s). Prema polovima paralele su sve kraće, pa je i brzina manja. Na samim polovima tačka se samo okreće u mjestu.
Brzinu rotacije ne osjećamo jer se zajedno sa Zemljom okreću i zrak, mora i mi sami – baš kao što u avionu koji mirno leti ne osjećamo brzinu od 900 km/h. Raketni centri se zato grade što bliže ekvatoru: raketa koja se lansira prema istoku „dobije“ dodatnu brzinu od Zemljine rotacije.
Posljedice rotacije
Coriolisova sila
Zamisli raketu ispaljenu sa Sjevernog pola prema ekvatoru. Ona leti pravo, ali se Zemlja ispod nje za to vrijeme okrene prema istoku. Posmatraču na Zemlji izgleda kao da je raketa skrenula udesno. Ta prividna sila naziva se Coriolisova sila, po francuskom naučniku Gaspardu Coriolisu.
- Vjetrovi: pasati na sjevernoj polulopti ne duvaju direktno prema jugu, nego skreću i duvaju sa sjeveroistoka.
- Cikloni (uragani, tajfuni) na sjevernoj polulopti vrte se suprotno od kazaljke na satu, a na južnoj u smjeru kazaljke.
- Morske struje u velikim okeanima kruže u smjeru kazaljke na sjevernoj, a suprotno na južnoj polulopti.
Dokazi rotacije – Foucaultovo klatno
Francuski fizičar Léon Foucault je 1851. godine u pariškom Panteonu objesio tešku kuglu (28 kg) na žicu dugu 67 m. Klatno se njiše uvijek u istoj ravni, ali su posmatrači vidjeli da se ta ravan polako okreće u smjeru kazaljke na satu. U stvari, ne okreće se klatno – okreće se Zemlja ispod njega. Na polu bi ravan njihanja napravila pun krug za oko 24 sata, u Parizu za oko 32 sata, a na ekvatoru se uopšte ne bi okretala.
Drugi dokazi rotacije su: skretanje tijela pri slobodnom padu s velike visine prema istoku, Coriolisovo skretanje vjetrova i struja, spljoštenost Zemlje i, danas, direktna posmatranja iz svemira.
Dan, noć, zora i sumrak
Granica dana i noći nije oštra. Kada Sunce zađe, zrak u visinama je još obasjan i raspršuje svjetlost – to je sumrak. Prije izlaska Sunca nebo se postepeno razvedrava – to je zora. U blizini ekvatora Sunce zalazi gotovo okomito, pa sumrak traje kratko (oko 20 minuta). Na većim geografskim širinama Sunce zalazi koso, pa sumrak traje mnogo duže, a u sjevernoj Evropi ljeti traje cijelu noć – to su čuvene „bijele noći“ Sankt Peterburga i Skandinavije.
Zapamti
- Rotacija = okretanje Zemlje oko vlastite ose, od zapada prema istoku.
- Jedan okret: 23 h 56 min (zvjezdani dan); Sunčev dan traje 24 h.
- Ugaona brzina: 15° na sat; linijska brzina na ekvatoru ≈ 1 670 km/h, na polovima 0.
- Osa je nagnuta 23°26′ od okomice i stalno usmjerena prema Sjevernjači.
- Posljedice: dan i noć, prividno kretanje Sunca, mjesno vrijeme, Coriolisova sila, spljoštenost, plima i oseka.
- Coriolisova sila: skretanje udesno na sjevernoj, ulijevo na južnoj polulopti.
Vježba
- Šta je Zemljina osa i za koliko je nagnuta?
- U kojem smjeru rotira Zemlja? Zašto Sunce izlazi na istoku?
- Zašto Sunčev dan traje 24 sata, a zvjezdani dan oko 4 minute kraće?
- Izračunaj: za koliko se stepeni Zemlja okrene za 6 sati? A za 20 minuta?
- Zašto se tačka u Sarajevu kreće sporije od tačke na ekvatoru?
- Objasni Coriolisovu silu na primjeru pasata.
- Opiši Foucaultov ogled i šta njime dokazujemo.