Saya ingat momen dari tahun-tahun sekolah saya ketika ibu saya mendatangi saya dan memutar bola dunia sekolah saya 360 derajat. Kemudian dia bertanya kepada saya: "Tahukah Anda, Nak, belokan berapa jam? dunia di sekitar porosnya? "Saya pikir, dan dia melanjutkan:" Buka buku teks geografi dan cari tahu. "Saya mengikuti sarannya dan menemukan sesuatu yang tidak saya ketahui sebelumnya. Jadi ...
Berapa lama waktu yang dibutuhkan satu kali revolusi bumi di sekelilingnya?
Planet kita membuat revolusi penuh di sekitar porosnya tepat dalam 24 jam. Dan begitulah hari berlalu. Mereka disebut "Cerah" hari.
Planet itu sendiri berputar dari barat ke timur... Dan jika dilihat dari kutub utara ekliptika (atau dari Bintang Utara), terjadi rotasi berlawanan arah jarum jam.
Berkat pusaran inilah pergantian siang dan malam... Lagi pula, satu setengah diterangi oleh sinar matahari, sementara yang lain tetap di tempat teduh.
Selain itu, rotasi planet ini difasilitasi oleh penyimpangan arus bergerak (misalnya, sungai atau angin) di belahan bumi utara - ke kanan, dan di selatan - ke kiri.
Sejarah gagasan tentang rotasi harian Bumi
V waktu yang berbeda orang dengan caranya sendiri mencoba menjelaskan perubahan hari. Hipotesis sering saling menggantikan, setiap orang kuno memiliki teorinya sendiri:
- penjelasan paling awal tentang perubahan cakrawala harian diberikan oleh pada zaman Pythagoras. Diyakini bahwa Bumi dalam sistem dunia Philolaus membuat gerakan tertentu.... Tapi itu bukan rotasi, tapi progresif... Dan gerakan-gerakan ini melewati apa yang disebut "Api Pusat";
- astronom kuno pertama yang mengklaim bahwa planet kita adalah berputar, menjadi ilmuwan India ariabhata(yang hidup pada akhir abad kelima - awal abad keenam);
- kemudian, pada paruh kedua abad ke-19, di Eropa ada diskusi yang lebih rinci tentang kemungkinan gerakan Bumi. Yang paling banyak ditulis tentang ini adalah para sarjana Paris seperti Jean Buridan, Nikolay Orem dan Albert dari Saxony;
- pada tahun 1543 yang terkenal Nicolaus Copernicus sudah menulis pekerjaan saya"Pada rotasi bola langit" yang didukung oleh banyak astronom saat itu;
- dan nanti Galileo Galileimerumuskan dasar prinsip relativitas... Dia mengklaim bahwa pergerakan Bumi (atau objek lainnya) sama sekali tidak mempengaruhi proses internal dan eksternal yang sedang berlangsung.
Ini adalah tahap utama dalam pengembangan hipotesis rotasi planet kita. Pemahaman tentang masalah yang terkait dengan topik inilah yang berkontribusi pada penemuan banyak hukum mekanika dan kelahiran kosmologi baru.
Mengapa ada pergantian siang dan malam? Anda, tentu saja, telah melihat matahari terbit dan terbenam lebih dari sekali. Menurut Anda mengapa hal itu terjadi? Matahari tidak berhenti bersinar? Pengalaman sederhana akan membantu untuk memahami hal ini. Jika Anda mengarahkan senter yang menyala dari samping ke bola dunia biasa di ruangan gelap, maka satu setengah akan menyala, dan yang lainnya akan berada di tempat teduh. Dengan cara yang sama, sinar Matahari menerangi planet kita dalam kegelapan ruang yang abadi.
Sumbu imajiner Bumi berjalan dalam garis lurus dari Kutub Utara ke Kutub Selatan. Bumi berputar mengelilinginya dari barat ke timur dan menempatkan Matahari di satu sisi atau sisi lainnya. Di sisi yang terang - siang, di sisi yang berlawanan pada saat yang sama - malam. disekitar porosnya menentukan pergantian siang dan malam.
Bumi membuat revolusi penuh di sekitar porosnya dalam 23 jam 56 menit, yaitu dalam sehari. Hari adalah satuan waktu, kira-kira sama dengan periode revolusi Bumi di sekitar porosnya. Merupakan kebiasaan untuk membagi hari menjadi malam, pagi, siang dan malam.
Zona waktu
Karena rotasi Bumi di sekitar porosnya, waktu hari di berbagai titik dunia tidak bisa sama. Oleh karena itu, untuk kenyamanan, zona waktu diperkenalkan: permukaan bumi dibagi oleh meridian menjadi 24 zona setiap 15 derajat bujur.
Waktu dalam satu hari dalam satu zona waktu disebut pinggang... Perbedaan waktu antar zona adalah satu jam. Asal usul zona waktu adalah meridian Greenwich yang melewati kota Greenwich (ini, tidak jauh dari London, tempat Observatorium Greenwich berada). Dari situ ikat pinggang dihitung ke timur. Dengan kata lain, saat mengemudi ke arah timur waktu standar meningkat, dan di barat - berkurang.
Jika jam 12 di Greenwich, maka di zona pertama di sebelah timurnya adalah jam 13, dan di zona pertama di barat - jam 11. Zona waktu ke-12 dianggap sebagai awal hari baru. Jadi, ketika di Timur Jauh hari baru dimulai, di Belahan Barat hari sebelumnya masih berlangsung.
Pada tahun 2011, Presiden negara kita menandatangani undang-undang federal tentang alokasi sembilan zona waktu di Rusia. Batas-batas zona ini ditentukan dengan mempertimbangkan batas-batas republik, wilayah, dan wilayah. Federasi Rusia... Ada satu waktu di zona waktu. Pada tahun 2011 yang sama, transisi ke musim dingin dibatalkan di wilayah Rusia.
Periode revolusi bumi di sekitar porosnya adalah nilai konstan. Secara astronomis, itu sama dengan 23 jam 56 menit dan 4 detik. Namun, para ilmuwan tidak memperhitungkan kesalahan yang tidak signifikan, membulatkan angka-angka ini menjadi 24 jam, atau satu hari bumi. Salah satu revolusi tersebut disebut rotasi diurnal dan terjadi dari barat ke timur. Bagi seseorang dari Bumi, sepertinya pagi, siang dan malam, saling menggantikan. Dengan kata lain, matahari terbit, siang, dan matahari terbenam sang termasyhur sepenuhnya bertepatan dengan rotasi harian planet ini.
Apa poros bumi?
Sumbu bumi dapat direpresentasikan secara mental sebagai garis imajiner di mana planet ketiga dari Matahari berputar. Sumbu ini melintasi permukaan Bumi pada dua titik tetap - di kutub geografis Utara dan Selatan. Jika, misalnya, secara mental melanjutkan arah sumbu bumi ke atas, maka ia akan lewat di sebelah Bintang Kutub. Ngomong-ngomong, inilah yang menjelaskan imobilitas Bintang Kutub. Efeknya dibuat bahwa bola langit bergerak di sekitar sumbu, dan karena itu di sekitar bintang ini.
Tampaknya bagi seseorang dari Bumi bahwa langit berbintang berputar ke arah dari timur ke barat. Tapi ini tidak terjadi. Pergerakan yang tampak hanyalah refleksi dari rotasi diurnal yang sebenarnya. Penting untuk diketahui bahwa planet kita secara bersamaan berpartisipasi dalam bukan hanya satu, tetapi setidaknya dua proses. Itu berputar di sekitar poros bumi dan membuat gerakan orbit di sekitar benda langit.
Gerakan nyata Matahari adalah refleksi yang sama dari gerakan sebenarnya planet kita dalam orbitnya di sekitarnya. Akibatnya, pertama datang siang dan kemudian malam. Perhatikan bahwa satu gerakan tidak terpikirkan tanpa yang lain! Ini adalah hukum alam semesta. Selain itu, jika periode revolusi Bumi di sekitar porosnya sama dengan satu hari di bumi, maka waktu pergerakannya di sekitar benda langit adalah nilai variabel. Mari kita cari tahu apa yang mempengaruhi indikator-indikator ini.
Apa yang mempengaruhi kecepatan rotasi orbit bumi?
Periode revolusi Bumi di sekitar porosnya adalah nilai konstan, yang tidak dapat dikatakan tentang kecepatan planet biru mengorbit di sekitar bintang. Untuk waktu yang lama, para astronom mengira kecepatan ini konstan. Ternyata tidak! Saat ini, berkat alat ukur yang paling akurat, para ilmuwan telah menemukan sedikit penyimpangan pada angka yang diperoleh sebelumnya.
Alasan variabilitas ini adalah gesekan yang terjadi selama pasang surut air laut. Hal inilah yang secara langsung mempengaruhi penurunan kecepatan orbit planet ketiga dari Matahari. Pada gilirannya, pasang surut adalah konsekuensi dari aksi di Bumi dari satelit konstannya - Bulan. Seseorang tidak memperhatikan revolusi planet di sekitar benda langit, serta periode revolusi Bumi di sekitar porosnya. Tetapi kita tidak bisa tidak memperhatikan musim semi yang diikuti oleh musim panas, musim panas dengan musim gugur, dan musim gugur dengan musim dingin. Dan ini terjadi sepanjang waktu. Inilah akibatnya gerakan orbit planet, berlangsung 365,25 hari, atau satu tahun bumi.
Perlu dicatat bahwa Bumi bergerak tidak merata relatif terhadap Matahari. Misalnya, di beberapa titik paling dekat dengan benda angkasa, dan di titik lain paling jauh darinya. Dan satu hal lagi: orbit mengelilingi Bumi bukanlah lingkaran, tetapi oval, atau elips.
Mengapa seseorang tidak memperhatikan rotasi diurnal?
Seseorang tidak akan pernah bisa melihat rotasi planet saat berada di permukaannya. Ini karena perbedaan ukuran kita dan dunia - itu terlalu besar untuk kita! Periode revolusi Bumi di sekitar porosnya tidak akan bekerja dengan cara apa pun untuk diperhatikan, tetapi akan mungkin untuk merasakan: siang akan digantikan oleh malam dan sebaliknya. Ini sudah dibahas di atas. Tapi apa yang akan terjadi jika planet biru tidak bisa berputar di sekitar porosnya? Inilah yang terjadi: di satu sisi Bumi akan ada hari yang abadi, dan di sisi lain - malam yang abadi! Mengerikan, bukan?
Penting untuk diketahui!
Jadi, periode revolusi Bumi pada porosnya hampir 24 jam, dan waktu "perjalanannya" mengelilingi Matahari adalah sekitar 365,25 hari (satu tahun Bumi), karena nilai ini tidak konstan. Mari kita menarik perhatian Anda pada fakta bahwa, selain dua gerakan yang dipertimbangkan, Bumi berpartisipasi dalam gerakan lain. Misalnya, ia, bersama dengan planet-planet lainnya, membuat gerakan relatif terhadap Bima Sakti - Galaksi rumah kita. Pada gilirannya, itu membuat beberapa gerakan relatif terhadap galaksi tetangga lainnya. Dan semuanya terjadi karena di Alam Semesta tidak ada dan tidak akan pernah menjadi sesuatu yang tidak dapat diubah dan tidak dapat digerakkan! Ini harus diingat seumur hidup.
Rotasi harian bumi
Kemiringan sumbu bumi terhadap bidang ekliptika (bidang orbit bumi).
Rotasi harian bumi- rotasi Bumi di sekitar porosnya dengan periode satu hari sidereal, manifestasi yang dapat diamati secara langsung adalah rotasi harian bola langit. Rotasi bumi terjadi dari barat ke timur. Jika dilihat dari Bintang Utara atau Kutub Utara Ekliptika, Bumi berputar berlawanan arah jarum jam.
Rotasi harian bola langit.
Bumi bergerak dari barat ke timur. Itu membuat revolusi penuh dalam waktu sekitar 23 jam 56 menit 4 detik. Kecepatan rotasi (di ekuator) - 465 m / s.
Makna fisik dan konfirmasi eksperimental
Arti fisik dari rotasi Bumi di sekitar porosnya
Karena setiap gerakan adalah relatif, maka perlu untuk menunjukkan kerangka acuan tertentu sehubungan dengan mana gerakan tubuh tertentu dipelajari. Ketika mereka mengatakan bahwa Bumi berputar di sekitar sumbu imajiner, itu berarti bahwa itu membuat gerakan rotasi relatif terhadap kerangka referensi inersia apa pun, dan periode rotasi ini sama dengan hari sidereal - periode omset penuh bumi bola langit relatif terhadap bola langit (bumi).
Semua bukti eksperimental rotasi Bumi di sekitar porosnya direduksi menjadi bukti bahwa kerangka acuan yang terkait dengan Bumi adalah kerangka acuan non-inersia tipe khusus - kerangka acuan yang berputar relatif terhadap kerangka acuan inersia referensi.
Tidak seperti gerakan inersia (yaitu, gerakan bujursangkar yang seragam relatif terhadap kerangka acuan inersia), untuk mendeteksi gerakan non-inersia di laboratorium tertutup, tidak perlu melakukan pengamatan pada benda luar - gerakan tersebut dideteksi menggunakan eksperimen lokal (yaitu, percobaan yang dilakukan di dalam laboratorium ini). Dalam arti kata ini (tepatnya dalam hal ini!), gerak non-inersia, termasuk rotasi Bumi di sekitar porosnya, dapat disebut absolut.
Gaya inersia
Gaya sentrifugal pada bumi yang berputar.
Efek Gaya Sentrifugal
Ketergantungan percepatan gravitasi pada garis lintang geografis. Eksperimen menunjukkan bahwa percepatan gravitasi tergantung pada garis lintang geografis: semakin dekat ke kutub, semakin besar. Ini karena aksi gaya sentrifugal. Pertama, poin permukaan bumi terletak di lintang yang lebih tinggi, lebih dekat ke sumbu rotasi dan, oleh karena itu, ketika mendekati kutub, jarak dari sumbu rotasi berkurang, mencapai nol di kutub. Kedua, dengan meningkatnya garis lintang, sudut antara vektor gaya sentrifugal dan bidang horizon berkurang, yang menyebabkan penurunan komponen vertikal gaya sentrifugal.
Fenomena ini ditemukan pada tahun 1672, ketika astronom Prancis Jean Richet, saat melakukan ekspedisi di Afrika, menemukan bahwa jam pendulum berjalan lebih lambat di khatulistiwa daripada di Paris. Newton segera menjelaskan hal ini dengan fakta bahwa periode osilasi pendulum berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari percepatan gravitasi, yang berkurang di ekuator karena aksi gaya sentrifugal.
Perataan Bumi. Pengaruh gaya sentrifugal menyebabkan perataan bumi pada kutub-kutubnya. Fenomena ini, yang diprediksi oleh Huygens dan Newton pada akhir abad ke-17, pertama kali ditemukan pada akhir tahun 1730-an sebagai hasil pengolahan data dari dua ekspedisi Prancis yang diperlengkapi secara khusus untuk memecahkan masalah ini di Peru dan Lapland.
Efek gaya Coriolis: eksperimen laboratorium
Pendulum Foucault di Kutub Utara. Sumbu rotasi bumi terletak pada bidang osilasi bandul.
Efek ini harus paling jelas dinyatakan di kutub, di mana periode rotasi penuh bidang pendulum sama dengan periode rotasi Bumi di sekitar sumbu (hari sidereal). Secara umum, periode berbanding terbalik dengan sinus garis lintang geografis; di khatulistiwa, bidang osilasi pendulum tidak berubah.
Giroskop- benda yang berputar dengan momen inersia yang signifikan mempertahankan momentum sudut jika tidak ada gangguan yang kuat. Foucault, lelah menjelaskan apa yang terjadi pada pendulum Foucault bukan di kutub, mengembangkan demonstrasi lain: giroskop yang ditangguhkan mempertahankan orientasinya, yang berarti perlahan-lahan berputar relatif terhadap pengamat.
Lendutan proyektil selama penembakan senjata. Manifestasi lain yang dapat diamati dari gaya Coriolis adalah penyimpangan lintasan peluru (di belahan bumi utara ke kanan, di belahan bumi selatan ke kiri), ditembakkan ke arah horizontal. Dari sudut pandang kerangka acuan inersia, untuk proyektil yang ditembakkan di sepanjang meridian, ini disebabkan oleh ketergantungan kecepatan linier rotasi bumi pada garis lintang geografis: ketika bergerak dari khatulistiwa ke kutub, proyektil terus komponen horizontal kecepatan tidak berubah, sedangkan kecepatan linier titik-titik di permukaan bumi berkurang , yang menyebabkan perpindahan proyektil dari meridian ke arah rotasi bumi. Jika tembakan ditembakkan sejajar dengan ekuator, maka perpindahan proyektil dari paralel disebabkan oleh fakta bahwa lintasan proyektil terletak pada bidang yang sama dengan pusat bumi, sedangkan titik-titik permukaan bumi bergerak masuk. bidang yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi bumi. Efek ini (untuk kasus pemotretan di sepanjang meridian) diprediksi oleh Grimaldi pada tahun 1740-an. dan pertama kali diterbitkan oleh Riccioli pada tahun 1651.
Penyimpangan benda jatuh bebas dari vertikal. ( ) Jika kecepatan tubuh memiliki komponen vertikal yang besar, gaya Coriolis diarahkan ke timur, yang mengarah ke deviasi yang sesuai dari lintasan tubuh yang jatuh bebas (tanpa kecepatan awal) dengan menara tinggi... Ketika dipertimbangkan dalam kerangka acuan inersia, efeknya dijelaskan oleh fakta bahwa bagian atas menara relatif terhadap pusat Bumi bergerak lebih cepat daripada alasnya, yang menyebabkan lintasan tubuh menjadi parabola sempit. dan tubuh sedikit di depan dasar menara.
Efek Eötvös. Di lintang rendah, gaya Coriolis ketika bergerak di sepanjang permukaan bumi diarahkan ke arah vertikal dan aksinya menyebabkan peningkatan atau penurunan percepatan gravitasi, tergantung pada apakah tubuh bergerak ke barat atau timur. Efek ini dinamai efek Eötvös untuk menghormati fisikawan Hungaria Lorand Eötvös, yang menemukannya secara eksperimental pada awal abad ke-20.
Percobaan menggunakan hukum kekekalan momentum sudut. Beberapa percobaan didasarkan pada hukum kekekalan momentum sudut: dalam kerangka acuan inersia, nilai momentum sudut ( produk yang setara momen inersia dengan kecepatan sudut rotasi) tidak berubah di bawah aksi gaya internal. Jika pada beberapa saat awal instalasi tidak bergerak relatif terhadap Bumi, maka kecepatan rotasi relatif terhadap kerangka acuan inersia sama dengan kecepatan sudut rotasi Bumi. Jika Anda mengubah momen inersia sistem, maka kecepatan sudut rotasinya, yaitu, ia akan mulai berputar relatif terhadap Bumi. Dalam kerangka acuan non-inersia yang terkait dengan Bumi, rotasi terjadi sebagai akibat dari aksi gaya Coriolis. Ide ini diusulkan oleh ilmuwan Prancis Louis Poinseau pada tahun 1851.
Percobaan pertama dilakukan oleh Hagen pada tahun 1910: dua beban pada palang halus dipasang tanpa bergerak relatif terhadap permukaan bumi. Kemudian jarak antara bobot dikurangi. Akibatnya, instalasi mulai berputar. Eksperimen yang lebih ilustratif dilakukan oleh ilmuwan Jerman Hans Bucka pada tahun 1949. Sebuah batang, panjangnya kira-kira 1,5 meter, dipasang tegak lurus dengan bingkai persegi panjang. Awalnya, batangnya horizontal, pemasangannya tidak bergerak relatif terhadap Bumi. Kemudian batang dibawa ke posisi vertikal, yang menyebabkan perubahan momen inersia pemasangan sekitar satu kali lipat dan rotasinya yang cepat dengan kecepatan sudut satu kali lipat melebihi kecepatan rotasi Bumi.
Corong di bak mandi.
Karena gaya Coriolis sangat lemah, ia memiliki efek yang dapat diabaikan pada arah putaran air saat mengalir di bak cuci atau bak mandi, oleh karena itu, secara umum, arah putaran dalam corong tidak terkait dengan rotasi Bumi. Namun, dalam eksperimen yang dikontrol dengan hati-hati, adalah mungkin untuk memisahkan efek gaya Coriolis dari faktor lain: di belahan bumi utara, corong akan berputar berlawanan arah jarum jam, di belahan bumi selatan, sebaliknya.
Efek Gaya Coriolis: Fenomena di Lingkungan
Hukum Baer. Sebagai akademisi St. Petersburg Karl Baer pertama kali dicatat pada tahun 1857, sungai mengikis tepi kanan di belahan bumi utara (di belahan bumi Selatan- kiri), yang ternyata lebih curam (hukum Baire). Penjelasan tentang efeknya mirip dengan penjelasan tentang defleksi peluru ketika menembak ke arah horizontal: di bawah aksi gaya Coriolis, air mengenai tepi kanan lebih keras, yang menyebabkan pengaburannya, dan, sebaliknya, surut dari tepi kiri.
Topan berakhir pantai tenggara Islandia (pemandangan dari luar angkasa).
Angin: angin pasat, siklon, antisiklon. Kehadiran gaya Coriolis yang diarahkan di belahan bumi utara ke kanan dan di belahan bumi selatan ke kiri juga dikaitkan dengan fenomena atmosfer: angin pasat, siklon, dan antisiklon. Fenomena angin pasat disebabkan oleh pemanasan yang tidak merata dari lapisan bawah atmosfer bumi di zona khatulistiwa dan di garis lintang tengah, yang mengarah ke aliran udara di sepanjang meridian ke selatan atau utara di belahan utara dan selatan, masing-masing. Aksi gaya Coriolis menyebabkan pembelokan arus udara: di belahan bumi utara - ke arah timur laut (angin pasat timur laut), di belahan bumi selatan - ke tenggara (angin pasat tenggara).
Eksperimen optik
Sejumlah percobaan yang mendemonstrasikan rotasi Bumi didasarkan pada efek Sagnac: jika interferometer cincin berputar, maka karena efek relativistik, perbedaan fase muncul pada balok-balok propagasi balik.
di mana adalah area proyeksi cincin pada bidang ekuator (bidang yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi), adalah kecepatan cahaya, adalah kecepatan sudut rotasi. Untuk mendemonstrasikan rotasi Bumi, efek ini digunakan oleh fisikawan Amerika Michelson dalam serangkaian percobaan yang dilakukan pada tahun 1923-1925. Dalam eksperimen modern menggunakan efek Sagnac, rotasi Bumi harus diperhitungkan untuk kalibrasi interferometer cincin.
Ada sejumlah demonstrasi eksperimental lain dari rotasi harian Bumi.
Ketidakteraturan rotasi
Presesi dan nutasi
Namun, hampir tidak ada yang diketahui tentang Giket dan Ekfant, dan bahkan keberadaan mereka terkadang dipertanyakan. Menurut pendapat sebagian besar ilmuwan, Bumi dalam sistem dunia Philolaus tidak berputar, tetapi menerjemahkan di sekitar Api Pusat. Dalam karya-karyanya yang lain, Plato mengikuti pandangan tradisional tentang imobilitas Bumi. Namun, banyak bukti telah sampai kepada kita bahwa gagasan rotasi bumi dipertahankan oleh filsuf Heraclides dari Pontus (abad IV SM). Mungkin, hipotesis lain Heraclides dikaitkan dengan hipotesis rotasi Bumi di sekitar poros: setiap bintang adalah dunia, termasuk bumi, udara, eter, dan semua ini terletak di ruang tak terbatas. Memang, jika rotasi diurnal langit adalah refleksi dari rotasi Bumi, maka premis untuk menganggap bintang-bintang berada di bidang yang sama menghilang.
Sekitar satu abad kemudian, asumsi rotasi Bumi menjadi bagian integral dari asumsi pertama yang diajukan oleh astronom besar Aristarchus dari Samos (abad ke-3 SM). Aristarchus didukung oleh Seleukus Babilonia (abad II SM), serta Heraclides dari Pontus, yang menganggap Alam Semesta tidak terbatas. Fakta bahwa gagasan rotasi harian Bumi memiliki pendukungnya pada abad ke-1 Masehi. e., dibuktikan dengan beberapa pernyataan para filosof Seneca, Derkillides, astronom Claudius Ptolemy. Mayoritas astronom dan filsuf, bagaimanapun, tidak meragukan imobilitas bumi.
Argumen menentang gagasan gerakan bumi ditemukan dalam karya-karya Aristoteles dan Ptolemy. Jadi, dalam risalahnya Tentang Surga Aristoteles memperkuat imobilitas Bumi dengan fakta bahwa pada Bumi yang berputar, benda-benda yang dilemparkan secara vertikal ke atas tidak dapat jatuh ke titik di mana gerakan mereka dimulai: permukaan Bumi akan bergerak di bawah benda yang dilempar. Argumen lain yang mendukung imobilitas Bumi, yang diberikan oleh Aristoteles, didasarkan pada teori fisiknya: Bumi adalah benda berat, dan benda berat cenderung bergerak ke pusat dunia, dan tidak berputar di sekitarnya.
Dari karya Ptolemy dapat disimpulkan bahwa para pendukung hipotesis rotasi Bumi untuk argumen ini menjawab bahwa baik udara dan semua benda di bumi bergerak bersama dengan Bumi. Rupanya, peran udara dalam penalaran ini pada dasarnya penting, karena tersirat bahwa justru pergerakannya dengan Bumi yang menyembunyikan rotasi planet kita. Ptolemy keberatan dengan ini itu
benda-benda di udara akan selalu tampak tertinggal ... Dan jika benda-benda itu berotasi bersama dengan udara sebagai satu kesatuan, maka tak satu pun dari mereka akan tampak di depan atau tertinggal di belakangnya, tetapi akan tetap di tempatnya, di terbang dan melemparkannya tidak akan menyimpang atau bergerak ke tempat lain seperti yang kita lihat dengan mata kepala sendiri terjadi, dan mereka tidak akan memperlambat atau mempercepat sama sekali, karena Bumi tidak diam.
Abad Pertengahan
India
Penulis abad pertengahan pertama yang menyarankan rotasi Bumi di sekitar porosnya adalah astronom dan matematikawan India Aryabhata (akhir abad ke-5 - awal abad ke-6). Dia merumuskannya dalam beberapa bagian risalahnya. Ariabhatia, Misalnya:
Sama seperti seseorang di kapal yang bergerak maju melihat benda-benda tetap bergerak mundur, demikian pula seorang pengamat ... melihat bintang-bintang tetap bergerak dalam garis lurus ke barat.
Tidak diketahui apakah ide ini milik Ariabhata sendiri atau dia meminjamnya dari para astronom Yunani kuno.
Aryabhatu hanya didukung oleh satu astronom, Prthudaka (abad ke-9). Sebagian besar ilmuwan India menganjurkan imobilitas bumi. Jadi, astronom Varahamihira (abad ke-6) berpendapat bahwa di Bumi yang berputar, burung yang terbang di udara tidak dapat kembali ke sarangnya, dan batu serta pohon akan terbang dari permukaan Bumi. Astronom terkemuka Brahmagupta (abad ke-6) juga mengulangi argumen lama bahwa benda yang jatuh dari Gunung tinggi, tapi bisa tenggelam ke dasarnya. Pada saat yang sama, dia, bagaimanapun, menolak salah satu argumen Varahamihira: menurut pendapatnya, bahkan jika Bumi berotasi, objek tidak dapat terlepas darinya karena gravitasinya.
Islam Timur
Kemungkinan rotasi Bumi dipertimbangkan oleh banyak ilmuwan Muslim Timur. Jadi, ahli geometri terkenal al-Sijizi menemukan astrolabe, yang prinsipnya didasarkan pada asumsi ini. Beberapa cendekiawan Islam (yang namanya tidak sampai kepada kita) bahkan menemukan cara yang tepat untuk membantah argumen utama yang menentang rotasi Bumi: vertikalitas lintasan benda yang berjatuhan. Intinya, pada saat yang sama, prinsip superposisi gerakan diungkapkan, yang menurutnya setiap gerakan dapat didekomposisi menjadi dua atau lebih komponen: sehubungan dengan permukaan Bumi yang berputar, benda yang jatuh bergerak di sepanjang garis tegak lurus, tetapi titik yang merupakan proyeksi garis ini ke permukaan bumi akan dipindahkan oleh rotasinya. Ini dibuktikan oleh ilmuwan-ensiklopedis terkenal al-Biruni, yang, bagaimanapun, cenderung pada imobilitas Bumi. Menurutnya, jika beberapa gaya tambahan bekerja pada benda yang jatuh, maka akibat dari tindakannya pada Bumi yang berputar akan menyebabkan beberapa efek yang sebenarnya tidak diamati.
Di antara para ilmuwan abad XIII-XVI, yang terkait dengan observatorium Maraginskaya dan Samarkand, muncul diskusi tentang kemungkinan pembuktian empiris imobilitas Bumi. Dengan demikian, astronom terkenal Qutb ad-Din ash-Shirazi (abad XIII-XIV) percaya bahwa imobilitas Bumi dapat diverifikasi dengan eksperimen. Di sisi lain, pendiri Observatorium Maragha Nasir ad-Din at-Tusi percaya bahwa jika Bumi berputar, maka rotasi ini akan dipisahkan oleh lapisan udara yang berdekatan dengan permukaannya, dan semua gerakan di dekat permukaan bumi akan terjadi. dengan cara yang persis sama seolah-olah Bumi tidak bergerak. Dia membuktikan hal ini dengan bantuan pengamatan komet: menurut Aristoteles, komet adalah fenomena meteorologi di atmosfer atas; namun demikian, pengamatan astronomis menunjukkan bahwa komet mengambil bagian dalam rotasi diurnal bola angkasa. Akibatnya, lapisan atas udara terbawa oleh rotasi cakrawala, oleh karena itu, lapisan bawah juga dapat terbawa oleh rotasi Bumi. Dengan demikian, eksperimen tidak dapat memberikan jawaban atas pertanyaan apakah bumi berputar. Namun, ia tetap menjadi pendukung imobilitas Bumi, karena ini konsisten dengan filosofi Aristoteles.
Sebagian besar ulama Islam di kemudian hari (al-Urdi, al-Qazvini, al-Naysaburi, al-Djurjani, al-Birjandi dan lain-lain) setuju dengan at-Tusi bahwa semua fenomena fisik pada Bumi yang berputar dan diam akan menghasilkan cara yang sama. Namun, peran udara dalam hal ini tidak lagi dianggap mendasar: tidak hanya udara, tetapi semua benda dibawa oleh Bumi yang berputar. Akibatnya, untuk mendukung imobilitas Bumi, perlu melibatkan ajaran Aristoteles.
Posisi khusus dalam perselisihan ini diambil oleh direktur ketiga Observatorium Samarkand, Ala ad-Din Ali al-Kushchi (abad ke-15), yang menolak filosofi Aristoteles dan menganggap rotasi Bumi secara fisik mungkin. Pada abad ke-17, teolog Iran dan sarjana ensiklopedis Baha ad-Din al-Amili sampai pada kesimpulan yang sama. Menurutnya, para astronom dan filsuf belum memberikan bukti yang cukup untuk membantah rotasi Bumi.
Latin Barat
Sebuah diskusi rinci tentang kemungkinan pergerakan Bumi secara luas terkandung dalam tulisan-tulisan skolastik Paris Jean Buridan, Albert dari Saxony, dan Nicholas Orem (paruh kedua abad ke-14). Argumen paling penting yang mendukung rotasi Bumi, dan bukan langit, yang diberikan dalam karya mereka, adalah kecilnya Bumi dibandingkan dengan Semesta, yang membuat penetapan rotasi diurnal cakrawala Semesta sangat tidak wajar.
Namun, semua ilmuwan ini akhirnya menolak rotasi Bumi, meskipun dengan alasan yang berbeda. Dengan demikian, Albert dari Saxony percaya bahwa hipotesis ini tidak mampu menjelaskan fenomena astronomi yang diamati. Buridan dan Orem secara adil tidak setuju dengan ini, yang menurutnya fenomena langit harus terjadi dengan cara yang sama terlepas dari apakah Bumi atau Kosmos berotasi. Buridan hanya dapat menemukan satu argumen yang signifikan terhadap rotasi Bumi: panah yang ditembakkan secara vertikal ke atas jatuh ke bawah garis tegak lurus, meskipun selama rotasi Bumi, mereka, menurut pendapatnya, harus tertinggal di belakang pergerakan Bumi dan jatuh. barat dari titik tembakan.
Nikolay Orem.
Tetapi bahkan argumen ini ditolak oleh Orem. Jika Bumi berputar, maka panah terbang vertikal ke atas dan pada saat yang sama bergerak ke timur, ditangkap oleh udara yang berputar bersama Bumi. Dengan demikian, panah harus jatuh di tempat yang sama dari tempat ia ditembakkan. Meskipun peran entrainment udara disebutkan di sini lagi, itu tidak benar-benar memainkan peran khusus. Hal ini ditunjukkan dengan analogi berikut:
Demikian pula, jika udara tertutup di kapal yang bergerak, maka seseorang yang dikelilingi oleh udara ini akan tampak bahwa udara tidak bergerak ... Jika seseorang berada di kapal yang bergerak dengan kecepatan tinggi ke timur, tidak mengetahui tentang pergerakan ini. , dan jika dia mengulurkan tangannya dalam garis lurus di sepanjang tiang kapal, itu akan tampak baginya bahwa tangannya membuat gerakan bujursangkar; dengan cara yang sama, menurut teori ini, tampaknya bagi kita hal yang sama terjadi pada anak panah ketika kita menembakkannya secara vertikal ke atas atau ke bawah secara vertikal. Di dalam kapal yang bergerak ke timur dengan kecepatan tinggi, semua jenis gerakan dapat terjadi: membujur, menyamping, turun, naik, ke segala arah - dan semuanya tampak persis sama seperti ketika kapal diam.
Oleh karena itu, saya menyimpulkan bahwa tidak mungkin dengan pengalaman apa pun untuk menunjukkan bahwa langit memiliki gerakan diurnal dan bahwa bumi tidak.
Namun demikian, keputusan akhir Orem tentang kemungkinan rotasi bumi adalah negatif. Dasar dari kesimpulan ini adalah teks Alkitab:
Namun, semua orang masih mendukung dan saya percaya bahwa mereka [Surga] dan bukan Bumi yang bergerak, karena "Tuhan menciptakan lingkaran Bumi yang tidak akan goyang," terlepas dari semua argumen yang bertentangan.
Ilmuwan dan filsuf Eropa abad pertengahan di kemudian hari juga menyebutkan kemungkinan rotasi diurnal Bumi, tetapi tidak ada argumen baru yang ditambahkan yang tidak terkandung dalam Buridan dan Orem.
Dengan demikian, praktis tidak ada ilmuwan abad pertengahan yang pernah menerima hipotesis rotasi bumi. Namun, dalam perjalanan diskusinya, para ilmuwan Timur dan Barat mengungkapkan banyak pemikiran mendalam, yang kemudian akan diulangi oleh para ilmuwan era modern.
Renaisans dan zaman modern
Nicolaus Copernicus.
Pada paruh pertama abad ke-16, beberapa karya diterbitkan, mengklaim bahwa alasan rotasi diurnal cakrawala adalah rotasi Bumi di sekitar porosnya. Salah satunya adalah risalah Celio Calcagnini Italia "Pada kenyataan bahwa langit tidak bergerak, dan bumi berputar, atau tentang gerakan abadi bumi" (ditulis sekitar tahun 1525, diterbitkan pada tahun 1544). Dia tidak membuat kesan besar pada orang-orang sezamannya, karena pada saat itu karya dasar astronom Polandia Nicolaus Copernicus "Tentang rotasi bola langit" (1543) telah diterbitkan, di mana hipotesis rotasi diurnal Bumi menjadi bagian dari sistem heliosentris dunia, seperti pada Aristarchus of Samos ... Copernicus sebelumnya menguraikan pemikirannya dalam esai tulisan tangan kecil Komentar Kecil(tidak lebih awal dari tahun 1515). Dua tahun sebelumnya, karya utama Copernicus diterbitkan oleh astronom Jerman Georg Joachim Rethick Narasi pertama(1541), di mana teori Copernicus secara populer dinyatakan.
Pada abad ke-16, Copernicus didukung penuh oleh astronom Thomas Digges, Rethick, Christoph Rothmann, Michael Möstlin, fisikawan Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filsuf Giordano Bruno, teolog Diego de Zuniga. Beberapa ilmuwan menerima rotasi Bumi di sekitar porosnya, menolak gerakan translasi. Ini adalah posisi astronom Jerman Nicholas Reimers, juga dikenal sebagai Ursus, serta filsuf Italia Andrea Cesalpino dan Francesco Patrizi. Sudut pandang fisikawan terkemuka William Hilbert, yang mendukung rotasi aksial Bumi, tetapi tidak mengomentari gerakan majunya. Pada awal abad ke-17 sistem heliosentris dunia (termasuk rotasi Bumi pada porosnya) mendapat dukungan yang mengesankan dari Galileo Galilei dan Johannes Kepler. Penentang paling berpengaruh dari gagasan pergerakan Bumi pada abad ke-16 dan awal abad ke-17 adalah astronom Tycho Brahe dan Christopher Clavius.
Hipotesis rotasi bumi dan pembentukan mekanika klasik
Bahkan, pada abad XVI-XVII. satu-satunya argumen yang mendukung rotasi aksial Bumi adalah bahwa dalam hal ini tidak perlu menganggap bola bintang memiliki kecepatan rotasi yang sangat besar, karena bahkan di zaman kuno sudah dapat dipercaya bahwa ukuran Alam Semesta secara signifikan melebihi ukuran Bumi (argumen ini bahkan dikandung oleh Buridan dan Orem) ...
Hipotesis ini ditentang oleh pertimbangan berdasarkan konsep dinamis waktu. Pertama-tama, itu adalah vertikalitas lintasan benda yang jatuh. Argumen lain muncul, misalnya, jarak tembak yang sama di timur dan arah barat... Menjawab pertanyaan tentang tidak dapat diamatinya efek rotasi diurnal dalam eksperimen terestrial, Copernicus menulis:
Tidak hanya Bumi dengan elemen air yang terhubung dengannya berputar, tetapi juga sebagian besar udara dan segala sesuatu yang dalam beberapa hal mirip dengan Bumi, atau udara yang sudah paling dekat dengan Bumi jenuh dengan materi bumi dan air, mengikuti hukum alam yang sama seperti Bumi, atau telah memperoleh gerakan, yang diberikan kepadanya oleh Bumi yang berdekatan dalam rotasi konstan dan tanpa hambatan apa pun
Dengan demikian, peran utama dalam rotasi bumi yang tidak dapat diamati dimainkan oleh masuknya udara oleh rotasinya. Kebanyakan Copernicans di abad ke-16 memiliki pendapat yang sama.
Galileo Galilei.
Pendukung ketidakterbatasan Alam Semesta pada abad ke-16 juga Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrizi - semuanya mendukung hipotesis rotasi Bumi di sekitar sumbu (dan dua yang pertama juga mengelilingi Matahari). Christoph Rothman dan Galileo Galilei percaya bahwa bintang-bintang terletak pada jarak yang berbeda dari Bumi, meskipun mereka jelas tidak berbicara tentang ketidakterbatasan alam semesta. Di sisi lain, Johannes Kepler menyangkal ketidakterbatasan alam semesta, meskipun ia adalah pendukung rotasi Bumi.
Konteks Agama Kontroversi Rotasi Bumi
Sejumlah keberatan terhadap rotasi Bumi dikaitkan dengan kontradiksinya dengan teks Kitab Suci. Keberatan ini ada dua macam. Pertama, beberapa tempat dalam Alkitab dikutip sebagai konfirmasi bahwa pergerakan harian dilakukan oleh Matahari, misalnya:
Matahari terbit dan matahari terbenam, dan bergegas ke tempatnya, di mana ia terbit.
Dalam hal ini, rotasi aksial Bumi terkena, karena pergerakan Matahari dari timur ke barat adalah bagian dari rotasi harian langit. Sebuah bagian dari kitab Yosua sering dikutip dalam hubungan ini:
Yesus memanggil Tuhan pada hari Tuhan menyerahkan orang Amori ke tangan Israel, ketika Dia membunuh mereka di Gibeon, dan mereka dibunuh di depan orang Israel, dan berkata di depan orang Israel: Berdirilah, matahari, di atas Gibeon , dan bulan, di atas lembah Avalon. !
Karena perintah untuk berhenti diberikan kepada Matahari, bukan Bumi, maka disimpulkan dari sini bahwa Mataharilah yang membuat gerakan diurnal. Bagian lain telah dikutip untuk mendukung imobilitas bumi, misalnya:
Anda telah meletakkan bumi di atas fondasi yang kokoh: itu tidak akan goyah untuk selama-lamanya.
Ayat-ayat ini dianggap bertentangan baik dengan pendapat tentang rotasi Bumi di sekitar porosnya dan rotasi di sekitar Matahari.
Pendukung rotasi bumi (khususnya, Giordano Bruno, Johannes Kepler dan terutama Galileo Galilei) bertahan di beberapa arah. Pertama, mereka menunjukkan bahwa Alkitab ditulis dalam bahasa yang dapat dimengerti oleh orang awam, dan jika penulisnya memberikan rumusan yang jelas dari sudut pandang ilmiah, itu tidak akan dapat memenuhi misi keagamaan utamanya. Jadi, Bruno menulis:
Dalam banyak kasus, adalah bodoh dan tidak praktis untuk mengutip banyak alasan yang lebih sesuai dengan kebenaran daripada sesuai dengan kasus dan kenyamanan yang diberikan. Misalnya, jika alih-alih kata-kata: "Matahari lahir dan terbit, melewati tengah hari dan condong ke arah Aquilon" - orang bijak berkata: " Bumi pergi dalam lingkaran ke timur dan, meninggalkan matahari, yang terbenam, membungkuk ke arah dua tropis, dari Kanker ke Selatan, dari Capricorn ke Aquilon "- maka pendengar akan mulai berpikir:" Bagaimana? Apakah dia mengatakan bumi bergerak? Berita apa ini?" Pada akhirnya mereka akan menganggapnya bodoh, dan dia benar-benar bodoh.
Jawaban semacam ini diberikan terutama untuk keberatan tentang pergerakan harian Matahari. Kedua, dicatat bahwa bagian-bagian tertentu dari Alkitab harus ditafsirkan secara alegoris (lihat artikel Biblical Allegorism). Jadi, Galileo mencatat bahwa jika Kitab Suci dipahami sepenuhnya secara harfiah, maka ternyata Tuhan memiliki tangan, dia tunduk pada emosi seperti kemarahan, dll. Memiliki tujuan yang berbeda: sains meneliti fenomena dunia material, dipandu oleh argumen akal, tujuan agama adalah perbaikan moral manusia, keselamatannya. Galileo mengutip Kardinal Baronio dalam hubungan ini bahwa Alkitab mengajarkan bagaimana naik ke surga, bukan bagaimana surga bekerja.
Argumen ini dianggap Gereja Katolik tidak meyakinkan, dan pada 1616 doktrin rotasi Bumi dilarang, dan pada 1631 Galileo dihukum oleh pengadilan Inkuisisi untuk pembelaannya. Namun, di luar Italia, larangan ini tidak berdampak signifikan terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan berkontribusi terutama pada merosotnya wibawa Gereja Katolik itu sendiri.
Harus ditambahkan bahwa argumen agama terhadap pergerakan Bumi dibawa tidak hanya oleh para pemimpin gereja, tetapi juga oleh para ilmuwan (misalnya, Tycho Brahe). Di sisi lain, biarawan Katolik Paolo Foscarini menulis esai kecil "Surat tentang pandangan Pythagoras dan Copernicus tentang mobilitas Bumi dan imobilitas Matahari dan tentang sistem alam semesta Pythagoras yang baru" (1615), di mana ia mengungkapkan pertimbangan yang dekat dengan Galilea, dan teolog Spanyol Diego de Zuniga bahkan menggunakan teori Copernicus untuk menafsirkan bagian-bagian tertentu dari Kitab Suci (meskipun ia kemudian berubah pikiran). Jadi, konflik antara teologi dan doktrin pergerakan Bumi bukanlah konflik antara sains dan agama, melainkan konflik antara yang lama (sudah usang pada awal abad ke-17) dan prinsip-prinsip metodologis baru, yang menjadi dasar ilmu.
Nilai hipotesis tentang rotasi bumi bagi perkembangan ilmu pengetahuan
Memahami masalah ilmiah yang diangkat oleh teori bumi yang berputar berkontribusi pada penemuan hukum mekanika klasik dan penciptaan kosmologi baru, yang didasarkan pada gagasan ketidakterbatasan Alam Semesta. Dibahas dalam proses ini, kontradiksi antara teori ini dan pembacaan Alkitab secara literalis berkontribusi pada demarkasi ilmu alam dan agama.
Catatan (edit)
literatur
- L. G. Aslamazov, A. A. Varlamov, "Fisika Menakjubkan", Moskow: Nauka, 1988. DJVU
- V. A. Bronshten, Masalah yang sulit, Kvant, 1989. No. 8, hal. 17.
- A. V. Byalko, "Planet Kita - Bumi", Moskow: Nauka, 1983. DJVU
- DI Veselovsky, "Aristarchus of Samos - Copernicus of the Ancient World", Penelitian Sejarah dan Astronomi, Vol. VII, hlm. 17-70, 1961. Daring
- R. Grammel, "Bukti mekanis gerakan bumi", Phys. 4, 1923. PDF
- G. A. Gurev, "Doktrin Copernicus dan Agama", Moskow: Rumah Penerbitan Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, 1961.
- GD Jalalov, "Beberapa pernyataan luar biasa dari para astronom dari observatorium Samarkand", Penelitian sejarah dan astronomi, vol. IV, 1958, hal. 381-386.
- A. I. Eremeeva, "Gambar astronomis dunia dan penciptanya", Moskow: Nauka, 1984.
- S. V. Zhitomirsky, "Astronomi Kuno dan Orphism", Moskow: Yanus-K, 2001.
- IA Klimishin, "Astronomi Dasar", Moskow: Nauka, 1991.
- A. Koyre, "Dari dunia tertutup ke alam semesta tak terbatas", M.: Logos, 2001.
- G. Yu Lanskoy, "Jean Buridan dan Nikolay Orem tentang rotasi diurnal bumi", Studi dalam sejarah fisika dan mekanika 1995-1997, hal. 87-98, Moskow: Nauka, 1999.
- A. A. Mikhailov, "Bumi dan Rotasinya", Moskow: Nauka, 1984. DJVU
- GK Mikhailov, SR Filonovich, "Tentang sejarah masalah gerak benda yang dilemparkan secara bebas di Bumi yang berputar", Studi dalam sejarah fisika dan mekanika 1990, hlm. 93-121, Moskow: Nauka, 1990. Daring
- E. Mishchenko, Sekali lagi tentang masalah yang sulit, Kvant. 1990. No. 11.P.32.
- A. Pannekoek, "Sejarah Astronomi", Moskow: Nauka, 1966. Online
- A. Poincaré, "On Science", Moskow: Nauka, 1990. DJVU
- B. Ye. Raikov, "Esai tentang sejarah pandangan dunia heliosentris di Rusia", M.-L .: AN SSSR, 1937.
- I. D. Rozhansky, "Sejarah Ilmu Pengetahuan Alam di Era Hellenisme dan Kekaisaran Romawi", Moskow: Nauka, 1988.
- DV Sivukhin, “Kursus umum fisika. T. 1. Mekanika ", Moskow: Nauka, 1989.
- O. Struve, B. Linds, G. Pillans, "Astronomi Dasar", Moskow: Nauka, 1964.
- V. G. Surdin, "Hukum Bath dan Baire", Quantum, No 3, hal. 12-14, 2003.
