Ekvator çıkıntısı - Equatorial bulge

Bir ekvator çıkıntı arasında bir fark olduğu ekvatoral ve kutupsal çapları a gezegen nedeniyle, merkezkaç kuvveti tarafından uygulanan dönme vücudun ekseni. Dönen bir cisim , bir küre yerine basık bir sfero oluşturma eğilimindedir .

Yeryüzünde

Dünya oldukça hafif ekvator çıkıntı vardır: kutup-to-kutuplu daha ekvatorda geniş 43 km (27 mil), yakın çapının 1/300 olan bir fark hakkındadır. Dünya, ekvatorda 1 metre çapında bir küreye küçültülmüş olsaydı, bu fark sadece 3 milimetre olurdu. Görsel olarak fark edilemeyecek kadar küçük olsa da, bu fark, en yüksek dağlar ve en derin okyanus hendekleri de dahil olmak üzere, gerçek yüzeyin elipsoidden en büyük sapmalarının iki katından daha fazladır.

Dünyanın dönüşü, yüksekliği ölçmek için kullanılan hayali yüzey olan deniz seviyesini de etkiler . Bu yüzey, okyanuslardaki ortalama su yüzeyi seviyesi ile çakışır ve yerel yerçekimi potansiyeli ve merkezkaç kuvveti dikkate alınarak kara üzerinde tahmin edilir .

Yarıçap farkı bu nedenle yaklaşık 21 km'dir. Bu nedenle, her iki kutup üzerinde deniz seviyesinde duran bir gözlemci , Dünya merkezine Ekvator'da deniz seviyesinde durmaktan 21 km daha yakındır. Sonuç olarak, yeryüzündeki en yüksek noktası olarak, merkezden ölçülür ve dışa Dağı zirvesi olan Chimborazo içinde Ekvador ziyade Everest Dağı . Ancak okyanus da Dünya ve atmosferi gibi şiştiğinden, Chimborazo, Everest kadar deniz seviyesinden yüksek değildir.

Daha doğrusu, haritacılık için enlem ve boylam ızgarasının yanı sıra "Dünyanın merkezi" ni tam olarak tanımlamak amacıyla Dünya yüzeyine genellikle ideal bir yassı elipsoid yaklaştırılır . In -84 WGS standart Toprak elips , yaygın harita yapma ve kullanılan GPS sistemi Dünya'nın yarıçapı olduğu varsayılır 6 378,137  km ( 3 963,191  ekvatorda mi) ve 6 356,752 3142  km ( 3 949,902 7642  mil ) merkezden direğe; bir fark anlamına gelen 21,384 6858  km ( 13,287 8277  yarıçaplarında mi) ve 42,769 3716  km ( 26,575 6554  çaplarda mi) ve göreli düzleşme 1 / 298.257223563 arasında. Deniz seviyesi yüzeyi, bu standart elipsoide katı Dünya'nın yüzeyinden çok daha yakındır.

Enerji dengesi olarak denge

Dikey çubuğa sabitlenmiş bir yaylı metal banttır. Hareketsiz haldeyken, yay metal şeridi daireseldir. Metal bandın üstü dikey çubuk boyunca kayabilir. Döndüğünde, yay metali bandı ekvatorunda şişer ve kutuplarında Dünya'ya benzer şekilde düzleşir.

Yerçekimi , gök cisimlerini bir küre haline getirme eğilimindedir ; bu şekil, tüm kütlesi ağırlık merkezine olabildiğince yakın olur. Döndürme , bu küresel şeklin bozulmasına neden olur; Bozulmanın ortak bir ölçüsü , boyut, açısal hız , yoğunluk ve esneklik gibi çeşitli faktörlere bağlı olabilen düzleştirmedir (bazen eliptiklik veya basıklık olarak adlandırılır) .

Söz konusu denge türü hakkında bir fikir edinmek için, elinde ağırlıklarla dönen bir döner sandalyede oturan birini hayal edin. Sandalyedeki kişi ağırlıkları kendisine doğru çekerse iş yapar ve dönme kinetik enerjisi artar. Dönme hızındaki artış o kadar güçlüdür ki, daha hızlı dönme hızında gerekli merkezcil kuvvet , başlangıç ​​dönme hızından daha büyüktür.

Gezegen oluşumunda buna benzer bir şey meydana gelir. Madde önce yavaşça dönen disk şeklindeki bir dağılımda birleşir ve çarpışmalar ve sürtünme kinetik enerjiyi ısıya dönüştürür, bu da diskin kendi kendine yerçekimi çok basık bir küremsi haline gelmesine izin verir.

Proto-gezegen hala dengede olamayacak kadar basık olduğu sürece, büzülme üzerine yerçekimi potansiyel enerjisinin serbest bırakılması, dönme kinetik enerjisindeki artışı yönlendirmeye devam eder. Kasılma ilerledikçe, dönme hızı artmaya devam eder, dolayısıyla daha fazla kasılma için gerekli kuvvet artmaya devam eder. Daha fazla daralmada dönme kinetik enerjisinin artmasının, yerçekimi potansiyel enerjisinin serbest bırakılmasından daha büyük olacağı bir nokta vardır. Kasılma süreci ancak o noktaya kadar ilerleyebileceği için orada durur.

Denge olmadığı sürece şiddetli konveksiyon olabilir ve şiddetli konveksiyon sürtünmesi olduğu sürece kinetik enerjiyi ısıya dönüştürebilir ve sistemden dönme kinetik enerjisini boşaltabilir. Denge durumuna ulaşıldığında, kinetik enerjinin ısıya büyük ölçekli dönüşümü durur. Bu anlamda denge durumu, ulaşılabilen en düşük enerji durumudur.

Dünyanın dönüş hızı, her 100 yılda bir dönüş başına saniyenin yaklaşık iki binde ikisi kadar kademeli olarak da olsa, hala yavaşlıyor. Dünya'nın geçmişte ne kadar hızlı döndüğüne dair tahminler değişiklik gösteriyor, çünkü ayın nasıl oluştuğu tam olarak bilinmemektedir. Dünya'nın 500 milyon yıl önceki dönüşüne ilişkin tahminler, "gün" başına yaklaşık 20 modern saattir.

Dünyanın dönme hızı, esas olarak Ay ve Güneş ile olan gelgit etkileşimleri nedeniyle yavaşlıyor. Dünya'nın katı kısımları sünek olduğundan, Dünya'nın ekvatoral çıkıntısı, dönme hızındaki düşüşle birlikte kademeli olarak azalmaktadır.

Yerçekimi ivmesi üzerindeki etki

Dönme nedeniyle ekvatoral bir çıkıntıya sahip bir gezegen durumunda rol oynayan kuvvetler.
Kırmızı ok: yerçekimi
Yeşil ok, normal kuvvet
Mavi ok: ortaya çıkan kuvvet

Oluşan kuvvet, gerekli merkezcil kuvveti sağlar. Bu merkezcil kuvvet olmadan sürtünmesiz nesneler ekvatora doğru kayacaktır.

Hesaplamalarda, Dünya ile birlikte dönen bir koordinat sistemi kullanıldığında, kavramsal merkezkaç kuvvetinin vektörü dışa doğru bakar ve merkezcil kuvveti temsil eden vektör kadar büyüktür.

Bir gezegenin kendi ekseni etrafında dönmesi nedeniyle, yerçekimi ivmesi ekvatorda kutuplardan daha azdır. 17. yüzyılda, sarkaçlı saatin icadının ardından , Fransız bilim adamları , Güney Amerika'nın kuzey kıyısındaki Fransız Guyanası'na gönderilen saatlerin Paris'teki benzerlerinden daha yavaş çalıştığını keşfettiler . Ekvatordaki yerçekimine bağlı ivme ölçümleri de gezegenin dönüşünü hesaba katmalıdır. Dünya'nın yüzeyine göre hareketsiz olan herhangi bir nesne, aslında Dünya'nın eksenini çevreleyen dairesel bir yörünge izliyor. Bir nesneyi böyle dairesel bir yörüngeye çekmek bir kuvvet gerektirir. Dünya eksenini yıldız günü başına bir turda ekvator boyunca dolaşmak için gereken ivme 0,0339 m / s²'dir. Bu ivmenin sağlanması, etkin yerçekimi ivmesini azaltır. Ekvatorda etkin yerçekimi ivmesi 9.7805 m / s 2'dir . Bu, ekvatordaki gerçek yerçekimi ivmesinin 9.8144 m / s 2 (9.7805 + 0.0339 = 9.8144) olması gerektiği anlamına gelir .

Kutuplarda yerçekimi ivmesi 9.8322 m / s 2'dir . 0.0178 m farkı / s 2 kutuplarda yer çekimi ivmesi ve ekvator doğru yer çekimi ivmesi ile ekvator bulunan objeler daha uzak kutuplarda daha Earth kütle merkezi, 21 kilometre ilgili olduğu için olan daha küçük bir yerçekimi ivmesine karşılık gelir.

Özetle, etkin yerçekimi ivmesinin ekvatorda kutuplardan daha az güçlü olmasının iki katkısı vardır. Farkın yaklaşık yüzde 70'i, nesnelerin Dünya'nın eksenini çevrelemesinden ve yaklaşık yüzde 30'unun Dünya'nın küresel olmayan şekline bağlı olmasından kaynaklanıyor.

Diyagram, tüm enlemlerde etkili yerçekimi ivmesinin bir merkezcil kuvvet sağlama gerekliliği ile azaldığını göstermektedir; azalan etki ekvatorda en güçlüsüdür.

Uydu yörüngelerine etkisi

Dünya'nın çekim alanı hafifçe küresel simetriye olmaktan sapma gerçeği de yörüngelerini etkilemektedir uydular aracılığıyla laik yörünge precessions. Eylemsiz uzayda Dünya'nın simetri ekseninin yönüne bağlıdırlar ve genel durumda, yarı büyük eksen hariç tüm Kepler yörünge elemanlarını etkilerler . Eğer benimsenen koordinat sisteminin referans z ekseni Dünya'nın simetri ekseni boyunca hizalıysa, o zaman sadece yükselen düğümün Ω boylamı , pericenter ω argümanı ve ortalama anormallik M seküler devinimlere maruz kalır.

Daha önce Dünya'nın yerçekimi alanını uzaydan haritalamak için kullanılan bu tür karışıklıklar, genel görelilik testleri yapmak için uydular kullanıldığında ilgili rahatsız edici bir rol oynayabilir, çünkü çok daha küçük görelilik etkileri niteliksel olarak basıklık kaynaklı rahatsızlıklardan ayırt edilemez.

Formülasyon

Tekdüze yoğunluklu sıkıştırılamaz sıvıdan oluşan, küçük bir düzleştirme miktarı için sabit bir eksen etrafında sabit bir şekilde dönen kendi kendine yerçekimi yapan bir küremsinin denge konfigürasyonu için yassılaştırma katsayısı yaklaşık olarak hesaplanır:

nerede

evrensel yerçekimi sabiti ,
ortalama yarıçap
ve sırasıyla ekvatoral ve kutup yarıçapıdır,
rotasyon süresi ve bir açısal hız ,
vücut yoğunluğu ve toplam vücut kütlesidir.

Gök cisimlerinin merkezindeki kütle yoğunlaşması nedeniyle gerçek düzleşme daha küçüktür.

Ayrıca bakınız

Referanslar