地球自转的相对运动，惯性离心力的影响

地球的自转

1．地球自转的相对运动

昼夜交替反映了地球在不停自转，地球自转一周需要24小时。毛泽东诗词中“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，形象地说明了人跟随地球在不停自转。

因为地球不停地绕地轴自西向东旋转（从北极星处向地球观察，逆时针方向为自西向东的方向，地轴是一根假想轴，它连接南极和北极，并总指向北极星方向），地球自转时，总是有半个球面向着太阳，太阳光把它照得很亮，这半个地球就处于白昼；另外半个球面背着太阳，没有阳光照射而处于黑暗之中，这就是黑夜。随着地球不停自转，太阳光在地球上的照射点也不断地由东向西移动，昼半球和夜半球以一天为周期相互交替。

在不同的纬度所观察到的太阳运动不同以及在某些地方出现的极昼或极夜现象，也都说明了地球的自转。

地球同步卫星的定位反映了地球在不停自转。首先，地球同步卫星能定位于赤道上空某一确定的轨道上，这说明地球同步卫星一定在绕地球做圆周运动，不然就会“掉”到地球上来；同时，地球同步卫星能与轨道上某一点保持相对静止，这说明地球在不停地自转，地球同步卫星做圆周运动的角速度等于地球自转的角速度。

2．惯性离心力的影响

重力加速度的变化也反映了地球在不停自转。

同一质量的物体，在地球上不同纬度的地方其重力不同。在地球两极处物体所受的重力最大，在赤道附近物体所受的重力最小。这是因为重力相当于地球对物体的万有引力的一个分力，而地球上的物体都跟随地球绕地轴做圆周运动，在两极处圆周运动半径为零，重力和该处万有引力相等；在赤道上圆周运动半径最大，重力等于该处万有引力与向心力的差值。根据测量，两极处的重力加速度为9．83米／秒2，赤道上的重力加速度为9．78米／秒2。同样，当摆钟从某一纬度移到另一纬度时，走时会出现误差，这也是由于重力加速度不同的原因。

海洋潮汐现象也反映了地球在不停自转（见图9－1）。

图9－1　地球潮汐成因

在月球和太阳引力的作用下，海水发生周期性涨落的现象，就是海洋潮汐。地球大多数地方每天都有两次高潮和两次低潮，时间间隔为12小时又25分钟。

在月球和太阳的影响下，海面被拉成与鸡蛋一样的椭球形状。值得注意的是，在A点，由于惯性离心力与万有引力方向相同，将海面拉起；在B点，虽然惯性离心力与万有引力方向相反，但合力方向仍然沿惯性离心力的方向，亦将海面拉起，从而形成了椭球形状。由此可见，如果地球不再做不停息的自转，就不可能出现每天两次的海水高潮和两次低潮了。

同样，地球是赤道凸起、两极扁平的椭球体，形状像个橘子，这一事实正是由于地球自转的影响而形成的。早在17世纪，牛顿通过仔细研究地球的自转便得出了这一结论。

需要提醒注意的一点，地球的形状与正球体极其近似。所谓椭球形状，其实只有在数学计算上才有明显意义。

3．科里奥利力的影响

河流两岸陡峭程度不同反映了地球在不停自转。

人们发现，沿着水流的方向，在北半球，河流的右岸往往比左岸陡峭。这是地球自转的又一个实证。由于水流与转动的地球有相对运动，水流将受到科里奥利力（也称为地转偏向力）的作用（见图9－2）。

图9－2　科里奥利力和旋涡的形成

在北半球，科里奥利力的水平分量总是指向运动的右侧。河水日夜奔流，经过成千上万年，这种水流对左、右岸冲刷作用的差异就会显现出来。在南半球，科里奥利力的水平分量总是指向运动的左侧，所以河流的左岸比右岸陡峭。

水流的旋涡反映了地球在不停自转。美国麻省理工学院谢皮罗教授在洗完澡拔掉浴缸的塞子放水时，发现排水的旋涡总是按逆时针方向旋转，这就是著名的谢皮罗现象。谢皮罗经过认真研究，认为放水时旋涡的旋转方向与地球自转有关。由于地球自西向东旋转，而美国位于北半球，放水口四周都受到周围水的压力而向右偏转，因而旋涡旋转方向是逆时针方向。他还推论出，在南半球的旋涡是顺时针方向旋转的，在赤道处则不会形成旋涡。这一论断已被各国科学家在各地用实验所证实。

不仅如此，自然界里有许多缠绕植物，像牵牛花、菟丝子及一些藤类植物，它们在生长过程中常常沿着竹竿或树枝之类盘旋而上。令人称奇的是它们盘旋的方向常常也是固定的。即使人为地把它反过来，也不能阻碍它们继续按原来的方向盘旋而上。根据文献介绍，植物这种固有的盘旋方向是由它们的基因来决定的。在植物发源地的科里奥利力的方向影响了植物的盘旋方向。经过千百万年的繁衍，这种特性在遗传基因中被固定了下来，甚至后来把它移植到另一地方也很难改变。经查阅植物学文献和野外观察，一些植物盘旋的方向和其发源地与谢皮罗现象是吻合的。

傅科摆也证明地球在不停自转。北京天文馆大厅里也有一个巨大的傅科摆，时时刻刻提醒人们，地球在自西向东自转着。

请你参与思考

以上这一部分内容向读者提出了一个思考性问题，课题知识主要属于物理学科，同时涉及的学科有地理与生物。相对于初中基础的读者可能稍微难一点，采用小组合作的研究方式和文献研究法的方法，则可以培养读者搜集、分析、处理资料的能力，自主学习的习惯，体会团队合作的精神。

为培养动手能力，可以自己设计一个实验来证明地球自转。在一只装满水的圆缸水面上，放一张硬纸做的大卡片，卡片上有一道缝，在水静止不动时将木屑撒到这道缝上，于是有一些木屑通过狭缝落入水中，形成一条线。之后确保圆缸不受振动，隔三个小时后再看，你会发现“木屑线”已经转过了45°。这个实验证明了地球在自转。