- Karakteristik dan penyebab
- Momentum sudut
- Latihan diselesaikan
- Larutan
- Konsekuensi dari gerakan rotasi
- Efek Coriolis
- Perhitungan percepatan Coriolis
- Referensi
The gerakan rotasi Bumi adalah salah satu yang mengeksekusi planet kita sekitar sumbu bumi ke arah barat-timur dan berlangsung sekitar satu hari, khusus 23 jam, 56 menit dan 3,5 detik.
Gerakan ini, bersama dengan terjemahan mengelilingi matahari, adalah yang terpenting yang dimiliki Bumi. Secara khusus, gerakan rotasi sangat berpengaruh dalam kehidupan sehari-hari makhluk hidup, karena menimbulkan siang dan malam.
Gambar 1. Berkat pergerakan Bumi, satu area tetap diterangi (siang) sementara area lainnya pada malam hari. Sumber: Pixabay.
Oleh karena itu, setiap interval waktu memiliki jumlah penerangan matahari tertentu, yang biasa disebut siang, dan tidak adanya sinar matahari atau malam. Perputaran bumi juga membawa perubahan suhu, karena siang merupakan masa pemanasan, sedangkan malam merupakan masa pendinginan.
Keadaan ini menandai tonggak sejarah di semua makhluk hidup yang menghuni planet ini, sehingga menimbulkan banyak adaptasi dalam hal kebiasaan hidup. Menurutnya, perusahaan telah menetapkan jangka waktu kegiatan dan istirahat sesuai dengan adat istiadatnya dan dipengaruhi oleh lingkungan.
Jelas, zona terang dan gelap berubah saat pergerakan terjadi. Saat membagi 360º yang memiliki keliling, antara 24 jam yang dibulatkan sehari, ternyata dalam 1 jam bumi telah berputar 15º ke arah barat-timur.
Oleh karena itu, jika kita bergerak ke barat 15º itu adalah satu jam lebih awal, sebaliknya jika kita bergerak ke timur.
Kecepatan rotasi bumi pada porosnya sendiri telah diperkirakan 1.600 km / jam di ekuator, dengan akibatnya menurun saat mendekati kutub, hingga ia membatalkan tepat di sumbu rotasi.
Karakteristik dan penyebab
Alasan mengapa Bumi berputar pada porosnya terletak pada asal muasal tata surya. Mungkin Matahari menghabiskan waktu lama hanya setelah gravitasi memungkinkan kelahirannya dari materi amorf yang mengisi ruang angkasa. Saat terbentuk, Matahari memperoleh rotasi yang disediakan oleh materi awan primitif.
Beberapa materi yang memunculkan bintang dipadatkan di sekitar Matahari untuk menciptakan planet, yang juga memiliki bagian momentum sudut awan aslinya. Dengan cara ini, semua planet (termasuk Bumi) memiliki pergerakan rotasinya masing-masing ke arah barat-timur, kecuali Venus dan Uranus yang berputar ke arah berlawanan.
Beberapa percaya bahwa Uranus bertabrakan dengan planet lain dengan kepadatan yang sama dan, karena tumbukan, mengubah poros dan arah rotasinya. Di Venus, adanya pasang-surut gas bisa menjelaskan mengapa arah rotasi perlahan berbalik arah seiring waktu.
Momentum sudut
Momentum sudut, dalam rotasi, adalah momentum linier untuk translasi. Untuk benda yang berputar mengelilingi sumbu tetap seperti Bumi, besarnya diberikan oleh:
Dalam persamaan ini L adalah momentum sudut (kg.m 2 / s), I adalah momen inersia (kg.m 2 ) dan w adalah kecepatan sudut (radian / s).
Momentum sudut dipertahankan selama tidak ada torsi bersih yang bekerja pada sistem. Dalam kasus pembentukan tata surya, Matahari dan materi yang memunculkan planet-planet dianggap sebagai sistem yang terisolasi, di mana tidak ada gaya yang menyebabkan torsi eksternal.
Latihan diselesaikan
Dengan asumsi bahwa Bumi bulat sempurna dan berperilaku seperti benda kaku dan menggunakan data yang disediakan, momentum sudut rotasinya harus ditemukan: a) mengelilingi porosnya sendiri dan b) dalam gerakan translasi mengelilingi Matahari.
Larutan
a) Momen inersia bumi harus terlebih dahulu dianggap sebagai bola dengan jari-jari R dan massa M.
Kecepatan sudut dihitung seperti ini:
Dimana T adalah periode pergerakan, yaitu dalam hal ini 24 jam = 86400 s, maka:
Momentum sudut rotasi di sekitar sumbunya adalah:
b) Mengenai gerak translasi mengelilingi Matahari, Bumi dapat dianggap sebagai benda titik, yang momen inersia-nya adalah I = MR 2 m
Dalam satu tahun ada 365 × 24 × 86400 s = 3.1536 × 10 7 s, kecepatan sudut orbit Bumi adalah:
Dengan nilai-nilai tersebut momentum sudut orbit Bumi adalah:
Konsekuensi dari gerakan rotasi
Seperti disebutkan di atas, suksesi siang dan malam, dengan perubahan masing-masing dalam jam cahaya dan suhu, adalah konsekuensi terpenting dari gerak rotasi Bumi pada porosnya sendiri. Namun, pengaruhnya sedikit melampaui fakta yang menentukan ini:
- Rotasi bumi sangat erat kaitannya dengan bentuk planet. Bumi bukanlah bola yang sempurna seperti bola biliar. Saat berputar, gaya berkembang yang merusak bentuknya, menyebabkan tonjolan di ekuator dan selanjutnya mendatar di kutub.
- Deformasi bumi menimbulkan fluktuasi kecil dalam nilai percepatan gravitasi g di tempat yang berbeda. Jadi, misalnya, nilai g lebih besar di kutub daripada di ekuator.
- Pergerakan putar sangat mempengaruhi distribusi arus laut dan sebagian besar mempengaruhi angin, karena fakta bahwa massa udara dan air mengalami penyimpangan dari lintasannya baik dalam arti searah jarum jam (belahan bumi utara) dan di arah berlawanan (belahan bumi selatan).
- Zona waktu telah dibuat, untuk mengatur perjalanan waktu di setiap tempat, karena area berbeda di Bumi diterangi oleh matahari atau digelapkan.
Efek Coriolis
Efek Coriolis merupakan konsekuensi dari rotasi bumi. Karena percepatan terjadi di semua rotasi, Bumi tidak dianggap sebagai kerangka acuan inersia, yang diperlukan untuk menerapkan hukum Newton.
Dalam hal ini, yang disebut gaya semu muncul, gaya yang asalnya bukan fisik, seperti gaya sentrifugal yang dialami oleh penumpang mobil saat membelok dan terasa seperti dialihkan ke satu sisi.
Untuk memvisualisasikan efeknya, perhatikan contoh berikut: ada dua orang A dan B pada platform dalam rotasi berlawanan arah jarum jam, keduanya diam sehubungan dengan itu. Orang A melempar bola ke orang B, tetapi ketika bola mencapai tempat B berada, bola sudah bergerak dan bola dibelokkan sejauh s, melewati B.
Gambar 2. Percepatan koriolis menyebabkan bola membelokkan jalurnya kesamping.
Gaya sentrifugal tidak bertanggung jawab dalam hal ini, itu sudah bertindak di luar pusat. Inilah gaya Coriolis, yang efeknya membelokkan bola ke samping. Kebetulan A dan B memiliki kecepatan ke atas yang berbeda, karena mereka berada pada jarak yang berbeda dari sumbu rotasi. Kecepatan B lebih besar dan diberikan oleh:
Perhitungan percepatan Coriolis
Akselerasi Coriolis memiliki pengaruh yang signifikan terhadap pergerakan massa udara, sehingga mempengaruhi iklim. Itulah mengapa penting untuk memperhitungkannya untuk mempelajari bagaimana arus udara dan arus laut bergerak.
Orang juga bisa mengalaminya saat mencoba berjalan di platform yang berputar, seperti carousel yang bergerak.
Untuk kasus yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya, anggaplah gravitasi tidak diperhitungkan dan gerakan divisualisasikan dari sistem referensi inersia, di luar platform. Dalam hal ini, pergerakannya terlihat seperti ini:
Gambar 3. Peluncuran bola dilihat dari sistem referensi inersia. Jalur yang mengikuti adalah bujursangkar (gravitasi tidak diperhitungkan).
Penyimpangan yang dialami bola dari posisi semula orang B adalah:
Tapi R B - R A = vt, maka:
s = ω. (vt). t = ω vt 2
Ini adalah gerakan dengan kecepatan awal 0 dan percepatan konstan:
a Coriolis = 2ω .v
Referensi
- Aguilar, A. 2004. Geografi Umum. 2nd. Edisi. Prentice Hall. 35-38.
- Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 214-216. Prentice Hall.
- Lowrie, W. 2007. Dasar-dasar Geofisika. 2nd. Edisi. Cambridge University Press 48-61.
- Oster, L. 1984. Astronomi Modern. Pembalikan Editorial. 37-52.
- Soal Fisika Dunia Nyata. Kekuatan Coriolis. Diperoleh dari: real-world-physics-problems.com.
- Mengapa Bumi berputar? Diperoleh dari: spaceplace.nasa.gov.
- Wikipedia. Efek Coriolis. Diperoleh dari: es.wikipedia.org.