地球の運動とは? 自転と公転、歳差運動とは?

地球が運動していることは、いろいろなことから確かめられます。
たとえば、地軸を中心にまわっていることは
北の空を見るとと北極星を中心にまわりの星がまわっていることから
また太陽のまわりをまわっていることは
年収視差が観測できることからも知ることができます。




フーコー振り子

地球が、1日に1回転の速さでまわっていることは
フーコーの振り子の実験で確かめることができます。

ふつうの振り子は、いちど振っても、すぐに振動がとまりますが
10メートルくらいの長い針金に、重いおもりをつけて振ると
何日ものあいだ、振動がとまりません。

このような振り子を振ると、だんだん時間がたつにつれて
振動の方向が少しずつ、かわっていくのがわかります。

このような実験をする振り子をフーコー振り子といいます。
フーコー振り子の振動の方向は、日本のように
赤道より北にある地方では時計の針のまわる方向にかわっていきます。

もし、この実験を赤道の真上でやると、振動の方向は、少しもかわりません。
そのほかの地方では、1日に一回転よりも遅い速さで振動方向がかわってきます。
日本では、1日にだいたい3分の2回転の速さで、振動方向がかわっていきます。

また赤道より南の地方では振動の方向は
時計の針がまわるのと反対の向きにまわっていきます。

なぜこのように、振り子の振れる方向が
かわっていくのかは難しい計算をしなくては説明できませんが
地球はコペルニクスの言ったように
回転しているのだと考えなくてはならないことが証明されます。

自転

地球は1日に1回、西から東すなわち
北極から見て時計の針の動きと反対向きにまわっています。
この地球の運動を自転といい、1回自転するのにかかる時問を自転周期といいます。

地球が1自転するのに要する時間は、23時間56分4秒で1日よりも
約4分速いことになります。

地球が自転しているために地球上の物体は、ある力をうけています。
いま地球上を運動している物体があるとすると
その物体は地球の表面にたいして、北半球では右向きに力をうけます。

この力をわかりやすく説明すると、たとえば、下の図のように、時計の針の動き
と反対向きにまわっている円板があります。

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この円板の中心Oにいる人が、同じ速さで、まっすぐ運動しているとき
円板の外にいる人から見れば、右へ曲がった運動をしているように見えます。

これは、円板上の人が、右向きに力をうけているためです。
これと同じように地球上を運動している物体は、みなこの力をうけているのです。
この力を転向力、またはコリオリの力といいます。



遠心力

地球が自転しているため生じる力には転向力のほか遠心力があります。

遠心力というのは私たちが自動車に乗っているとき
曲がり角で自動車が曲がる場合、乗っている私たちは
まわる外側のほうヘと追いやられます。

こお外側へ追いやられる力が遠心力なのです。

この遠心力は、地球では地軸に垂直にはたらいているため
赤道で最も大きく、緯度が高くなるにつれて小さくなります。
それはその緯度における地軸に垂直な半径が
赤道で最も大きく、緯度が高くなるにつれて小さくなるからです。

公転

地球は、太陽のまわりを、1年に1回まわっています。
これを公転といい、1回公転するのにかかる時間を公転周期といいます。

地球が1公転するのに要する時間は
365.2564日で、1年を365日とすると6時間ほど余計にかかることになります。

地球が公転する道筋を軌道といい、ほぼ円に近い楕円です。

この軌道が正しい円でないため、地球は毎年1月のはじめに
いちばん太陽に近づき、その距離は約1億4700万キロメートルとなります。

また、7月のはじめに、いちばん太陽から遠ざかり
その距離は約1億5200万キロメートルとなります。

地球が、この軌道の上を動いていく速さは非常に速く
1秒間に30キロメートルぐらいになります。

しかし、地球の自転や公転の速さは、私たちの体には、少しも感じられません。
それは、地球を取り巻く大気もいっしょに運動しているからです。

歳差運動

地球は、完全な球でないために、赤道部のややふくらんだ部分に
太陽や月の引力が余分にはたらくことになります。

この力が、黄道面(太陽が地球のまわりをまわっていると考えたとき
その太陽の軌道の面)に垂直になるように、引き起こそうとする力がはたらきます。
このため、地軸は少しづつ向きをかえていきます。

これを歳差運動といいます。

このことは、軸がななめになってまわっている
コマを地球にたとえて考えればわかりやすくなります。
すなわち、軸をななめにしてまわっているコマは
軸を中心にぐるぐるまわりながらコマの軸の先端は、大きな円を描いてまわります。

このように地球も地軸の先端がこのコマと同じように大きな円を描いているのです。
これが歳差運動なのです。







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