地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

【地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-】理论上 , 任何物体的速度都不可能一直保持不变 。我们所说的匀速运动(包含直线运动和圆周运动) , 都仅仅是理论模型 。实际的运动都会由于种种原因 , 速度无法始终保持不变 。这一切得从根源说起 。物理就是这样 , 只有基本概念清晰了 , 方有可能进行分析 。
1、平均速度我们通常说的速度其实就是这个平均速度 。它是指在某个时间段内 , 位移与时间的比值 。如下图 , 从A到B点 , 有红蓝两种方式(路径) , 尽管这两个路径差异性非常巨大 , 但是 , 根据速度的定义 , 两者的位移是一样的 , 因此 , 两者的平均速度也一样 。

地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
由此 , 我们可以发现 , 平均速度与具体的路径并没有多大关系 , 而只与首末两点的位置有关 。
2、瞬时速度当AB两点的时间间隔越来越小 , 如下图所示 。在不用的区间内 , 存在着不同的平均速度 。更进一步 , 当时间间隔越来越小 , 相邻两点的位置也就越来越靠近 , 此时这个平均速度已经无限接近这个点的速度了 。在数学上用微分来表示 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
由此可见 , 这个瞬时速度才是真正的速度 。但是 , 从其定义出发 , 我们完全没有可能非常精确的测量这个瞬时速度 。因为 , 速度并非一个直接物理量 , 它必须通过位于除以时间计算而得 。
3、速度的测量正如上面速度的定义 , 我们知道速度必须通过测量出位移和时间方才可以计算 。而只要是测量位移和时间 , 那么就一定是个“平均速度” 。我们常见的汽车的速度表 , 就是测量车轮滚动的圈数(基于车轮不打滑) , 结合时间计算出来的 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
速度是个间接物理量 , 除了上面的从速度的定义出发 , 还可以根据物理关系来测量 。一个比较典型的就是利用伯努利方程 。一个典型的实例就是战斗机的空速管 , 如下图 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
这根长长的管道 , 可以测量出两个大气压:静压和动压(总压) , 如下图 。根据伯努利方程 , 就可以计算出相应的速度了 。根据伯努利方程 , 这个所求得的速度就是瞬时速度了 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
4、地球自转的速度好了 , 前面介绍那么多都是铺垫 , 为了让大家更好的理解问题的本质 。下面我们针对地球自转 , 具体分析一下 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
地球自转是一天 , 通常就是24h , 但是如果要精确一些的话 , 自转周期是23时56分4秒 。根据自转周期可以计算出自转的角速度为7.292×10^(-5)弧度/秒 , 这是一个非常非常小的角速度 , 这也是地球上能够生存人类的原因之一 。如果自转过快 , 人类会被甩出地球 。
自转周期约24h , 我们可以认为是不变的 。但是 , 对于历史来说 , 自转周期并非一成不变 。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 。长期来看 , 自转的周期在持续的减慢 。
5、减慢的自转周期地球并非一个固体星球 , 其表面70%都是液态水 。真是这个液态水的存在 , 一直在持续的减缓地球的自转 。地球上的液态水 , 就像一个刹车盘一样 , 不断的消耗掉地球自转的动能 , 从而减缓地球的自转 。
地球自转为什么不是匀速,地球自转是匀速圆周运动吗-

文章插图
其实 , 这一点很好理解 。我们在转一碗水的时候 , 就会发现 , 只有碗在转 , 水几乎不转 。同样 , 在旋转生鸡蛋的时候 , 鸡蛋很快就会停止下来(这也是判断鸡蛋生熟的一个简便方法) 。所有这些 , 根源都在于液体的性质 。液体本身存在着惯性和流动性 , 旋转发生的时候 , 惯性会让它保持原来的运动状态 , 而流动性又让这个驱动力不足 , 液体的流动就是消耗掉自转动能的根本 。上图非常形象的表示了液体运动的滞后性 。


推荐阅读