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7.2 太阳和地球

时间:2022-04-03 归属:地球科学概论

太阳和地球

 

 

地球自转

地球自转:地球绕自转轴自西向东的转动,从北极点上空看呈逆时针旋转,从南极点上空看呈顺时针旋转。关于地球自转的各种理论目前都还是假说。地球自转是地球的一种重要运动形式,自转的平均角速度为7.292×10-5弧度/秒,在地球赤道上的自转线速度为 465米/秒。地球自转一周耗时23小时56分,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。

一般而言,地球的自转是均匀的。但精密的天文观测表明,地球自转存在这3种不同的变化:①长期减慢;②周期性变化;③不规则变化。

科里奥里效应与风向

科里奥利效应在日常生活中最重大的意义,是同旋转着 的地球有关。地球表面赤道上的一个点,在24小时内划一 个大圆圈,因此它是在快速地运动)如果我们从赤道出发, 越向北(或向南)走,那么,地面的一个点在一天之内划出 的圆圈就越小,它也运动得就越慢。

从热带向北流动的一阵风或一般海流,起初随着地球的 旋转,从西向东转动得非常快。当它向北流动时,它保持着 它的速度,而地表的运动速度却越来越小。因此,风或海流 就会超过地表,并且越来越向东沿着曲线前进。最后,风或 海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈,而在南半球则反 时针方向划一个大圆圈。

正是这种造成曲线运动的科里奥利效应,在更加集中 (因而更加有力)时,就会形成飓风,如果还要更加集中和 更加有力,就会形成龙卷风。

科里奥利效应(Coriolis force),是地球自转偏向力,指的是由于地球沿着其倾斜的主轴自西向东旋转而产生的偏向力,使得在北半球所有移动的物体包括气团等向右偏斜,而南半球的所有移动物体向左偏斜的现象。

生活中的科里奥利现象

下面介绍一些现实生活中受科里奥利力影响形成的现象:我国地处北半球,物体在地面上运动,受地转偏向力作用而自行向右偏转,这种现象在日常生活中还从来没有观察到。人在走路时,也从来不会不自觉地偏到右边去。这完全是因为地转偏向力很小,其效应被其他作用力的效应所掩盖。地转偏向力的效应只有在长时间累积的条件下,才容易察觉。试解释以下现象:

1.柏而定律:该定律是自然地理中一条著名的、从实际观察总结出来的规律,即北半球河流右岸比较陡削,南半球则左岸比较陡削。这可以由地转偏向力得到说明,北半球河水在地转偏向力作用下,对右岸冲刷甚于左岸,长期积累的结果,右岸比较陡峭。

2.大气环流:大气运动的能量来源于太阳辐射,气压梯度力是大气运动的源动力。全球共有赤道低压带,南、北半球纬度30°附近的副热带高压带,南、北半球纬度60°附近的副极地低压带,南、北半球的极地高压带等七个气压带。气压带之间在气压梯度力和地转偏向力的作用下形成了低纬环流圈、中纬环流圈和高纬环流圈。由于受地转偏向力的作用,南北向的气流却发生了东西向的偏转。北半球地面附近自北向南的气流,有朝西的偏向。在气压带之间形成了六个风带,即南、北半球的低纬信风带,南、北半球的中纬西风带,南、北半球的极地东风带。

3.气旋和反气旋:气旋与反气旋是大气中最常见的运动形式,也是影响天气变化的重要天气系统。在气压梯度力和地转偏向力的共同作用下,大气并不是径直对准低气压中心流动,也不是沿辐射方向从高气压中心流出。低气压的气流在北半球向右偏转成按顺时针方向流动的大旋涡,在南半球向左转成按逆时针方向流动的大旋涡,大气的这种流动很象江河海流中水的旋涡,所以又叫气旋。夏秋季节,在我国东南沿海经常出现的台风,就是热带气旋强烈发展的一种形式。高气压的气流在北半球按顺时针方向旋转流出,在南半球按逆时针方向旋转流出,高气压的这种环流系统叫反气旋。

4.傅科摆:地球的自转对单摆的运动也会产生影响,单摆的振动平面将顺时针方向不断偏转。傅科1851年在巴黎的教堂第一次用摆长达67m,摆球为直径略大于30cm的铁球,质量为28kg,单摆振动时所画出的随圆长轴等于3m,摆的振动周期为16s,而随圆旋转的周期则为32h。在历史上,傅科以此第一次显示了地球的自转。

5.复线火车:我国地处北半球,火车在行驶中受地转偏向力作用,因而对右轨压力大于左轨压力,普通单轨铁路上经常有相反方向的火车行驶,其左右正好相反,结果两轨磨损差不多相同。由于受火车发展历史的影响,调度员用来指挥火车开、停、允许不允许进站等的行车信号都设在火车前进方向的左侧路边,因而复线火车都是靠左行。火车由于受到指向运动右侧的地转偏向力,而使复线铁路上靠左走的火车所受的地转偏向力均指向内侧。设一列火车质量为2000t,速度为20m/s,列车所在地点的纬度为45°, 地转偏向力的水平分量大小: FC水平=2mVωsin45°=4123N 这只相当于列车自重的万分之二,仅为列车所受阻力的百分之几。这样大小的力,其作用效果只能表现为右轨磨损较甚,而不会使复线上相向而行的两列火车相撞。


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