지구자전운동과 시간계산

[유토피아]

지구의 자전

1. 지구의 자전¹⁾

지구가 자전축을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 도는 운동을 지구의 자전이라고 한다.

① 지구의 자전 방향: 서 → 동
② 지구의 자전 속도: 1시간에 15°씩 회전 ( = 15°/시)

2. 지구의 자전에 의해 나타나는 현상

1) 낮과 밤의 반복

태양을 향하는 쪽은 낮이 되고, 반대쪽은 밤이 되며, 지구의 자전으로 낮과 밤이 매일 반복된다.

지구의 자전

2) 천체의 일주 운동²⁾

태양, 달, 별 등의 천체가 천구³⁾ 상에서 동에서 서로 하루에 한 바퀴씩 도는 운동

출처: 비상학습백과 중학교 과학 ③

천체의 일주 운동지구가 서에서 동으로 자전하므로 천구 상의 천체가 지구 자전과 반대인 동에서 서로 도는 것처럼 보인다.

① 태양의 일주 운동 : 태양이 매일 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다.

② 별의 일주 운동 : 별이 북극성을 중심으로 동에서 서로 하루에 한 바퀴씩 돈다.
• 우리나라에서 관측한 별의 일주 운동

우리나라에서 관측한 별의 일주 운동지표면 위의 관측자가 천구를 볼 때, 관측 방향에 따라 일주 운동 모습이 다르게 나타난다.

북쪽 하늘(A)의 별의 일주 운동북극성을 중심으로 시계 반대 방향으로 회전

동쪽 하늘(B)의 별의 일주 운동오른쪽 위로 비스듬히 떠오름

남쪽 하늘(C)의 별의 일주 운동지평선과 나란하게 동에서 서로 이동

서쪽 하늘(D)의 별의 일주 운동오른쪽 아래로 비스듬히 짐

• 북쪽 하늘에서 관측한 별의 일주 운동

1시간 동안 관측한 북쪽 하늘

- 별의 일주 운동 방향: 시계 반대 방향
- 별의 일주 운동 속도: 15°/시
- 일주 운동의 중심에 있는 별: 북극성
예) 북두칠성의 일주 운동

2시간 간격으로 관측한 북두칠성

- 북두칠성의 이동 방향: A → B
- 호의 중심각(θ) : 별은 1시간에 15°씩 회전하므로 15°/시 x 2시간 = 30°

3) 인공위성 궤도의 변화

지구가 서에서 동으로 자전하기 때문에 인공위성의 궤도가 서쪽으로 이동한 것처럼 보인다.

인공위성 궤도의 변화2시간을 주기로 지구 주위를 일정한 궤도를 따라 도는 인공위성이 한 바퀴를 돌고 나면 원래 위치(A)에서 서쪽(B)으로 30° 이동한 것처럼 보인다.

4) 푸코⁴⁾ 진자⁵⁾의 왕복 운동하는 방향 변화

지구가 자전하기 때문에 지표면 위에서 관측한 진자의 왕복 운동 방향이 지구의 자전 방향과 반대 방향으로 변한다.

간이 푸코 진자 실험

(가) 회전판을 고정할 때회전판 안의 관측자가 볼 때 진자가 왕복 운동하는 방향은 A ↔ A'로 일정하다.

(나) 회전판을 돌릴 때진자의 왕복 운동 방향은 일정한데 회전판을 따라 관측자의 위치가 변하므로 관측자가 볼 때 진자의 왕복 운동 방향이 변한 것처럼 보인다.

결론: 지표면에서 푸코 진자의 왕복 운동 방향이 변한 것은 지표면이 회전했다는 것을 의미한다.
→ 진자는 관성에 의해 지구가 자전해도 같은 궤도로 왕복 운동한다.

각주

1. 1 자전(自 스스로, 轉 돌다): 천체가 스스로 회전하는 현상
2. 2 일주(日 날, 周 두루) 운동: 지구의 자전에 의해 천체가 하루를 주기로 이동하는 것처럼 보이는 겉보기 운동
3. 3 천구(天 하늘, 球 공): 별들이 붙어 있는 것처럼 보이는 무한히 넓은 가상의 구
4. 4 푸코(Foucault, J. B. L; 1819∼1868년): 프랑스의 물리학자로, 사원의 천장에 추를 매달아 진자 운동을 관찰하여 지구의 자전을 증명함
5. 5 진자(振 떨치다, 子 아들): 고정된 축이나 점을 기준으로 일정한 주기로 왕복 운동하는 물체

   [출처] 지구의 자전|작성자 다이돌핀