Раздел II. Природа Земли

1. Дж. Сквайрc. Практическая физика. - М: Мир, 1971. - 242 с.

2. Физический практикум. Механика и молекулярная физика. Под ред. В.И. Ивероновой. -М.: Наука, 1967. - 280 с.

3. Стандарт предприятия. СТП 01-01. 02-83. Отчет о лабораторной работе.

4. Дж. Тейлор. Введение в теорию ошибок. -М.: Мир. 1985. - 272 с.

5. Г.А. Зисман, О.М. Тодес Курс общей физики т. 1 – М. Наука, 1964. Киев, 1994.

6. Т.И. Трофимова Курс физики - М. ВШ, 1999.

7. Л.Д. Ландау, А.И. Китайгородский Молекулы книга 2. Физика для всех. – М. Наука, 1078.

8. Х. Кухлинг Справочник по физике - М. Мир, 1985 – перевод с немецкого 520 с.

9. И.В. Савельев Курс общей физики т. 1 Механика. Молекулярная физика - изд. 2. М. Наука, 1982. – 432 с.

10. И.В. Савельев Курс общей физики т.1 Механика. Колебания и волны, молекулярная физика - изд. 4. М. 1970

Раздел II. Природа Земли

Земля как планета Солнечной системы

Земля – одна из восьми планет Солнечной системы (Плутон с недавнего времени перестали причислять к планетам). Она находится на расстоянии 150 млн км от Солнца (третья от Солнца). Земля вместе с Венерой, Марсом и Меркурием входит во внутреннюю (земную) группу планет.

У планеты Земля есть спутник – Луна, чья масса только в 81,3 раза меньше массы Земли. Многие планеты Солнечной системы имеют один или несколько спутников, однако только у Земли спутник такой массивный. Это оказывает большое влияние на многие процессы, происходящие на нашей планете. В частности, с влиянием Луны связано существование приливно-отливных движений.

Земля, как и другие планеты, шарообразна. В результате вращения вокруг своей оси она слабо приплюснута у полюсов. Шар, равномерно приплюснутый у полюсов, называетсясфероидом или эллипсоидом вращения. Из-за неоднородного строения недр Земли и неоднородного распределения масс форма Земли отклоняется от правильной формы эллипсоида вращения. Истинная геометрическая фигура Земли получила название геоид (землеподобный). Геоид – фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести. Фигуры сфероида и геоида не совпадают. Различия наблюдаются в пределах 50—150 м.

Точные знания о форме и размерах Земли необходимы для геодезических и картографических работ.

В настоящее время приняты следующие размеры Земли:

– экваториальный радиус – 6378,2 км;

– полярный радиус – 6356,8 км;

– средний радиус – 6371 км;

– полярное сжатие – 21,4 км;

– длина окружности меридиана – 40 008,5 км;

– длина окружности экватора – 40 075,7 км;

– площадь поверхности Земли – 510 млн км2;

– диаметр Земли – 12 750 км.

Фамилия ученого, под руководством которого велись расчеты величины земного эллипсоида, – Ф. Н. Красовский. Поэтому фигура Земли в нашей стране называетсяземной эллипсоид Красовского.

Представления людей о форме и размерах Земли. Древнегреческий ученый Аристотель (IV в. до н. э.) первым привел доказательства шарообразности Земли: круглая тень, отбрасываемая Землей на Луну во время лунных затмений; расширение горизонта при подъеме наблюдателя на высоту; изменение вида звездного неба при движении по меридиану. Другой древнегреческий ученый Эратосфен (III—II вв. до н. э.) первым измерил величину земного шара. Он измерил длину дуги в один градус по меридиану, и на этой основе рассчитал длину всей окружности планеты по меридиану. Во времена Великих географических открытий Магеллан совершил первое кругосветное путешествие. Это также послужило доказательством шарообразности Земли. В 1492 г. Мартин Бехайм изготовил первый глобус – модель Земли. В конце XVII в. Ньютон высказал предположение о том, что ввиду осевого вращения Земли земной шар должен быть сплюснут у полюсов.

Форма и размеры Земли имеют большое географическое значение.

Следствия шарообразности Земли:

1) изменяется угол падения солнечных лучей от экватора к полюсам;

2) наблюдается широтная зональность.

Значение размеров и массы Земли заключается в том, что они создают такую силу притяжения, которая удерживает атмосферу и гидросферу, без которых жизнь на планете была бы невозможна.

Движения Земли. Земля обращается вокруг Солнца почти по круговой орбите, проходя ее за год. Причем в январе она оказывается ближе к Солнцу, чем в июле. Чем дальше от Солнца, тем меньше скорость движения. Поэтому в северном полушарии зима короче лета. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, совершая полный оборот за сутки. Ось вращения постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°.

Суточное вращение Земли. Земля вращается вокруг своей оси, одновременно перемещаясь вокруг Солнца. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. При этом Солнце как бы восходит на востоке и движется на запад.

Сутки – промежуток времени, равный периоду вращения Земли вокруг своей оси (24 часа). Суточное вращение Земли – вращательное движение Земли вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты планеты под углом 66°33ґ. С суточным вращением Земли связана смена дня и ночи. Изменение продолжительности дня и ночи в умеренных и полярных широтах в течение года связано с обращением Земли вокруг Солнца при постоянном наклоне земной оси к плоскости орбиты. Географические следствия суточного вращения Земли: 1) смена дня и ночи; 2) отклонение воздушных потоков и движущихся тел от их первоначального направления в Северном полушарии вправо, в Южном – влево; 3) суточная ритмичность многих процессов, связанных с поступлением света и тепла. Продолжительность дня и ночи изменяется в течение года и по широтам.

Годовое обращение Земли. Годовое движение Земли – движение Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33R. При обращении вокруг Солнца направление земной оси не изменяется – она остается параллельной самой себе (рис. 7).

Географическим следствием годового вращения Земли является смена времен года, которая обусловлена также постоянным наклоном земной оси. Если бы земная ось не имела наклона, то в течение года на Земле день был бы равен ночи, больше всего тепла получали бы экваториальные области, а на полюсах было бы всегда холодно. Сезонная ритмика природы (смена времен года) проявляется в изменении различных метеорологических элементов – температуры воздуха, его влажности, а также в изменении режима водоемов, жизни растений и животных и пр.

Положение Земли относительно Солнца в дни солнцестояний и равноденствий (рис. 8).

22 июня – день летнего солнцестояния. Солнечные лучи падают перпендикулярно к земной поверхности на широте 23°27R Северного полушария. К северу от этой параллели Солнце никогда не бывает в зените. День длиннее ночи. На широте 66°33R Солнце не заходит за горизонт целые сутки. Это полярный день. Северное полушарие освещено лучше, получает больше тепла. Там – лето.

22 декабря – день зимнего солнцестояния. Солнечные лучи падают перпендикулярно к земной поверхности на широте 23°27R Южного полушария. В этот период оно освещено лучше, чем Северное, получает больше тепла, там – лето. К югу от южного тропика возрастает продолжительность дня: на Южном полярном круге она составляет 24 ч, на Южном полюсе – полгода. В это время в Северном полушарии зима, световые дни короткие. На Северном полярном круге 22 декабря Солнце вообще не показывается изза горизонта. Здесь полярная ночь, которая длится 24 ч, а на Северном полюсе – почти полгода.

23 сентября, 21 марта – дни осеннего и весеннего равноденствий.Солнце находится в зените над экватором. К северу и югу от экватора высота Солнца уменьшается равномерно. Плоскость светораздельной линии проходит через земную ось и делит Землю пополам. На всем земном шаре день равен ночи.

Тропики – географические параллели, отстоящие на 23°27R к северу (Северный, или тропик Рака) и к югу (Южный, или тропик Козерога) от экватора. В день летнего солнцестояния (21—22 июня) Солнце находится в зените для мест, лежащих на северном тропике, в день зимнего солнцестояния (21—22 декабря) Солнце находится в зените для мест, лежащих на Южном тропике.

Полярные круги (Северный и Южный) – географические параллели, отстоящие от экватора на 66°33R к северу и югу, являются границами зон полярных ночей и полярных дней. В Северном полушарии в день зимнего солнцестояния (21– 22 декабря) к северу от полярного круга Солнце не восходит, в день летнего солнцестояния (21—22 июня) – не заходит. В Южном полушарии в день зимнего солнцестояния (21—22 декабря) к югу от Южного полярного круга Солнце не заходит, в день летнего солнцестояния (21—22 июня) – не восходит. Количество суток, в течение которых Солнце не восходит или не заходит, возрастает с приближением к полюсам, где длительность полярных ночей и дней составляет полгода.

Полюсы географические – Северный и Южный – точки пересечения оси вращения Земли с земной поверхностью. К географическим полюсам сходятся все земные меридианы. На полюсах нет деления на дни и ночи, т. к. около полугода Солнце не опускается за горизонт (полярный день) и около полугода не восходит (полярная ночь).

Полярная ночь – период, когда Солнце не появляется в течение суток над горизонтом. Наблюдается от полярного круга, где (длится 1 сутки) до полюса, где полярная ночь может продолжаться до 178 сут.

Полярный день – период, когда Солнце многие сутки не опускается за горизонт. Чем дальше от полярного круга к полюсу, тем больше продолжительность полярного дня.

Год – промежуток времени, равный периоду обращения Земли вокруг Солнца.

По тропикам и полярным кругам на Земле выделяют пояса освещения, которые образовались в результате годового обращения Земли вокруг Солнца при постоянном наклоне земной оси к плоскости орбиты. Всего таких поясов пять: жаркий, два умеренных и два холодных. Границами поясов являются тропики и полярные круги (рис. 9)

Жаркий пояс Северный и южный умеренные пояса Северный и южный холодные поясаРис. 9 Жаркий пояс расположен между Северным и Южным тропиками. Солнце бывает в зените над экватором в дни равноденствий (21 марта и 23 сентября), над Северным тропиком – в день летнего солнцестояния (22 июня), над Южным тропиком – в день зимнего солнцестояния (22 декабря). Таким образом, в пределах жаркого пояса Солнце 2 раза в году бывает в зените, а на тропиках – в дни солнцестояний, т. е. по 1 разу. Продолжительность дня и ночи в этом поясе в течение года изменяется незначительно, а на экваторе всегда день равен ночи.

Два умеренных пояса расположены между тропиками и полярными кругами. Умеренный пояс Северного полушария – между Северным тропиком и Северным полярным кругом; умеренный пояс Южного полушария – между Южным тропиком и Южным полярным кругом соответственно. В пределах умеренных поясов Солнце никогда не бывает в зените. Продолжительность дня и ночи изменяется с широтой (при движении от тропиков к полярным кругам). Одновременно она зависит от времени года.

Два холодных пояса расположены к северу от Северного полярного круга и соответственно к югу от Южного. В их пределах Солнце также никогда не бывает в зените. Продолжительность дня и ночи в течение года резко изменяется, зависит от широты конкретного места и времени года. Характерно явление полярных дня и ночи, продолжительность которых на полярных кругах самая маленькая (одни сутки), а на полюсах – самая большая (до полугода).

Соотношение площади поясов освещения: два полярных пояса занимают 8% поверхности Земли, два умеренных – 52%, один жаркий – 40%.

Таким образом, пояса освещения отличаются продолжительностью дня, высотой Солнца над горизонтом, тепловыми условиями. Они составляют основу природной (широтной) зональности.