旋转和公转

---

简介

物体绕自身轴线旋转的运动称为旋转。物体的轨道运动，以任何其他物体为中心，称为公转。地球围绕自身旋转，产生昼夜交替。这是旋转的一个例子，当它沿着特定路径绕太阳运行时，这被视为公转过程。

旋转的描述

基于特定物体的中心，旋转是一种重要的圆周运动。旋转的两个最重要的要素是整个旋转的中心和特定的旋转角度（Kure & Sakai，2021）。角度有助于确定旋转范围。

旋转轴是一个重要的组成部分，它连接着物体的旋转路径。在地球上，地球、其他行星和月球持续旋转的假想线称为旋转轴。在轴线穿过物体质心的一段时间内，物体自转并绕自身旋转 (Kotlan, Karban & Doležel, 2018)。旋转主要有三种类型：固有旋转、进动和章动。

公转的描述

轨道公转是地球公转的重要组成部分和相关概念。在公转过程中，一个天体围绕另一个天体运行。在这个过程中可以创建一条假想线 (Fan, 2019)。例如，地球不是围绕自身轴线旋转，而是围绕太阳旋转，而月球围绕地球旋转。地球自西向东旋转，即逆时针方向。它的运行速度约为 30 公里/秒^-1。

图 2：公转和自转

旋转和公转的主要特征

地球以 23.5 度的倾角绕太阳自转。地球的自转是逆时针方向的。自转导致昼夜交替。一次自转大约需要 24 小时。离心力的概念与这些特征相关。地球的公转轨道呈椭圆形。地球公转速度 = 每小时 68000 英里。一次公转需要一年的时间，即 365.25 天。

旋转和公转的力

物体的旋转和公转与离心力紧密相关。这种力是一种惯性力，会影响处于旋转过程中的特定物体。整个旋转运动都与之相关。这种力向外作用。在这种类型的力中，会发现与旋转轴平行的轴线 (Mallama & Hilton, 2018)。这种类型的轴通常穿过特定系统的原点。

图 3：地球绕太阳旋转

表示离心力的公式为“F = mω2r”。在这个公式中，m 表示物体的质量。符号 ω 表示角速度的范围和值。物体到原点的距离用 r 表示。

行星运动：开普勒定律

约翰内斯·开普勒首先介绍并描述了行星围绕太阳运行的轨道。行星运动可以用三个重要的定律来解释 (Guo, Liu & Ding, 2018)。开普勒还引入了椭圆轨道的概念。开普勒还解释了行星在靠近太阳时速度范围较大。第一定律指出，包括地球在内的所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运行。根据开普勒第二定律，在相等的时间间隔内，连接太阳和行星的直线覆盖相等的面积。第三定律指出，特定行星的平均距离的立方等于时间的平方 (Lai et al. 2020)。这段时间是行星完成一次公转所需的时间。时间与平均距离之间的关系成正比。

旋转和公转的区别

公转	自转
地球的轨道呈椭圆形。	自转倾角为 23.5°，导致全年出现不同的季节。
完成一次公转需要 365 天。	一次自转持续时间接近 24 小时。
地球持续且有规律地围绕太阳运行。	它基于地球自身轴线。
由于地球具有外部轴线，因此在公转过程中，地球的位置不断变化。	在地球自转过程中，地球的位置保持不变。

表 1：旋转和公转的区别

结论

旋转和公转与地球的圆周运动概念紧密相关。在物理学中，物体的旋转也取决于特定的轴线。公转会影响物体的各种特征。离心力帮助物体沿着特定线并在一定范围内旋转。根据与行星运动相关的开普勒定律，可以分析旋转和公转成分。

常见问题

Q1. 地球是否曾经改变过自转速度？

A1. 地球过去曾根据地球的质量分布及其大气变化改变自转速度。空气的不同运动、水的运动以及地震的数量和类型也对地球的自转速度变化起着重要作用。

Q2. 地震是否曾经影响过地球的自转？

A2. 美国宇航局 (NASA) 针对印度尼西亚地震撰写了一份报告。在这份报告中，发现一天的长度比以前缩短了，并且北极略微移动了几厘米。这次地震也略微改变了地球的形状。

Q3. 什么是春分？

A3. 在特定时间，太阳穿过天球赤道。此时，夜晚和白天的时间长度相等。这段时间称为春分。每年有两个春分。

Q4. 哪个因素主要促使地球自转？

A4. 太阳对地球的吸引力是地球自转的主要原因。发现太阳会对地球产生旋转力，从而帮助地球自转。