1、3.2 地球的自转 地球自转是一个天文问题，也是一个地球物理问题。 在天文学中，地球作为一颗行星，研究它的自转变化，对于研究天体的起源和演化以及测定天体方位，都有重要意义。 在 地球物理学 中，地球作为整体的自转运动， 与地球的局部运动 地壳运动、海洋运动和大气运动都有密切联系。 不仅如此， 地球自转 与 地球内部的构造和运动也有一定联系。 其中 地球自转 与地震激发、地磁场维持、大陆漂移等 之间的关系，为当前地学界十分关注的课题。 一、地球自转的证实 傅科摆 随着自然科学的发展，人类在长期的实践中，终于从多方面证实了地球确实在不停地由西向东旋转着。 比如重力测量发现地面赤道处的重力加速度最小
2、，而在两极处最大； 弧度测量发现地球不是正球体， 而是扁球体 ; 从高处下落的物体 其坠落点总是会向东偏等。 这些 都是地球自转中 其旋转惯性离心力的作用结果。 既然地球在自转着，那么 “超然 ”于地球自转的某种运动 (包括垂直运动、水平运动、落动等 )， 就会由于运动惯性而发生相对于地面的特殊运动。 如果能制作出一种超然于地球自转的仪器，并详细观测它的特殊运动，则有可能对地球自转进行定量的证明。 人们首先想到做运动，就是 摆动 。由于地球自转，摆动平面就会发生相对于地面的偏转。 研究这种偏转现象，并且定量地计算偏转速度的变化，则是地球自转的最生动的证明。 傅科摆 法国物理学家傅科 (Fock
3、e)设计了一个特殊的摆， 并于 1851年在法国巴黎的一个圆顶大厦，成功地进行了摆动试验， 试验结果证实了地球向东旋转。为了纪念这个摆及其试验的设计者，把这种摆称为傅科摆，如图 321。 傅科摆的结构同普通摆一样，悬挂摆的架子固定在地面上，架子与摆之间通过可以在任意方向旋转的旋钮加以联结，使悬点摩擦力减小到最少，即为可以自由摆的单摆。 为增大摆动的持续时间，傅科采用了 67m的长绳。 为增大摆的惯性，摆锤重达 27kg。 国内外很多天文馆都设置有傅科摆，走进北京天文馆正门，悬挂在大厅中央的就是一个傅科摆 ， 该摆以每小时改变 960的速度，沿顺时针方向昼夜不停地转动着。 这种偏转转现象怎么理解
4、呢 ? 由物理学知道单摆的摆动平面在不受外力作用时，其摆动的空间方向始终不会发生变化的。然而，人们所看到的是，摆动平面相对于地球表面发生了按 顺时针 方向缓慢地转动， 其实质是 :摆下面的地球在沿逆时针方向转动造成的。 在北极做这样的实验， 摆动 1小时，摆动面偏转 150，这就是地球自转速度。 显然，经过 24小时后，摆动面又回到原来的摆动方向上。在 南极 可获得类似结果，只是摆动面是向着逆时针方向转动的。 在 赤道上 做这个实验，摆动平面没有偏转现象，这是因为在地球赤道附近的地面随地球自转的运动， 如同传送带一样自西向东作近似平行于摆动面的移动， 如图322(c)所示 ! 而 极地附近 的地面运动，好像转盘绕极点转动，所以 摆动面的相对转动效果最明显， 如图 32.2（ a， b)所示。
