14.2: День

Last updated
Save as PDF

Page ID: 56688

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Основна одиниця, очевидно, день: 24 години, 1440 хвилин, 86400 секунд, кожна секунда трохи довше середнього серцебиття. День визначається рухом Сонця по небу, а зручним орієнтиром є полудень, час, коли Сонце знаходиться на найвищому (тобто найбільш віддаленому від горизонту) і знаходиться також точно на південь або північ від спостерігача.

Тому «Один день» можна зручно визначити як час від полудня до наступного. Сонячний годинник може відстежувати рух Сонця по небу тінню стрижня або плавника («гномон»), що вказує на небесний полюс (див. Розділ «Створення сонячного годинника» для побудови складених паперових сонячних годин), що дозволяє день розділити на години і менші одиниці. Полудень - це час, коли тінь вказує точно на південь (або північ) і знаходиться в найкоротшому.

Який же тоді період обертання Землі навколо своєї осі? День, ви можете здогадатися? Не зовсім.

Припустимо, ми спостерігаємо за розташуванням зірки на небі — наприклад, Сіріуса, найяскравішого з партії. Одне повне обертання Землі - це час, необхідний для того, щоб зірка повернулася у вихідне положення (звичайно, ми ті, хто рухається, а не зірка). Це майже так визначається день, але з однією великою різницею: за день точкою відліку є не зірка, закріплена на небосхилі, а Сонце, положення якого на небі повільно змінюється. Протягом року Сонце простежує повне коло навколо неба, так що якщо вести окремий підрахунок «днів Сіріуса» і «Сонячних днів», то в кінці року цифри будуть відрізнятися на 1. Ми отримаємо 366. 2422 «зоряні дні», але тільки 365. 2422 Нд днів.

Це «зоряний день» (сидеричний день), який дає період обертання Землі, і це близько 4 хвилин сором'язливий 24 години. Годинниковий механізм, призначений для того, щоб телескоп слідував за зірками, здійснює одне повне обертання за сидеричний день.

Однак годинники, які ми знаємо і використовуємо, засновані на сонячному дні - точніше, на середньому сонячному дні, оскільки час від полудня до полудня може змінюватися, коли Земля рухається по своїй орбіті навколо Сонця. За законами Кеплера (розглянуто в наступному розділі: http://www.phy6.org/stargaze/Skeplaws.htm) ця орбіта трохи еліптична. Отже, відстань від Сонця дещо змінюється, і за другим законом Кеплера рух прискорюється, коли ближче до Сонця, і сповільнюється, коли далі. Такі варіації можуть зробити «час сонячного годинника» швидким або повільним, приблизно до 15 хвилин.

Дуже точні атомні годинники сьогодні говорять нам, що день поступово стає довшим. Винуватцями є припливи, близнюкові хвилі, підняті в океані Землі (головним чином) гравітаційним тягою Місяця. Коли хвилі подорожують навколо Землі, вони розриваються проти берегових ліній і мілководних морів і таким чином віддають свою енергію: теорія говорить про те, що ця енергія виходить з (кінетичної) енергії обертального руху Землі.