MOUVEMENT DE ROTATION DE LA TERRE: CARACTÉRISTIQUES ET CONSÉQUENCES - PHYSIQUE - 2025

Le mouvement de rotation de la Terre est celui que notre planète exécute autour de l'axe de la Terre dans une direction ouest-est et dure environ un jour, plus précisément 23 heures, 56 minutes et 3,5 secondes.

Ce mouvement, ainsi que la translation autour du soleil, sont les plus importants de la Terre. En particulier, le mouvement de rotation est très influent dans la vie quotidienne des êtres vivants, car il donne lieu à des jours et des nuits.

Figure 1. Grâce au mouvement de la Terre, une zone reste éclairée (de jour) tandis que l'autre est de nuit. Source: Pixabay.

Par conséquent, chaque intervalle de temps a une certaine quantité d'illumination solaire, ce que l'on appelle communément le jour, et l'absence de lumière du soleil ou de nuit. La rotation de la Terre entraîne également des changements de température, car le jour est une période de réchauffement, tandis que la nuit est une période de refroidissement.

Ces circonstances marquent un jalon dans tous les êtres vivants qui peuplent la planète, donnant lieu à une multitude d'adaptations en termes d'habitudes de vie. Selon elle, les entreprises ont établi les périodes d'activité et de repos selon leurs coutumes et influencées par l'environnement.

De toute évidence, les zones claires et sombres changent au fur et à mesure du mouvement. En divisant 360º qui a une circonférence, entre les 24 heures auxquelles un jour est arrondi, il s'avère qu'en 1 heure la terre a tourné de 15º dans une direction ouest-est.

Par conséquent, si nous nous déplaçons vers l'ouest 15º, c'est une heure plus tôt, l'inverse se produisant si nous voyageons vers l'est.

La vitesse de rotation de la Terre sur son propre axe a été estimée à 1600 km / h à l'équateur, avec la diminution conséquente à mesure qu'elle approche des pôles, jusqu'à ce qu'elle s'annule juste sur l'axe de rotation.

Caractéristiques et causes

La raison pour laquelle la Terre tourne autour de son axe réside dans les origines du système solaire. Peut-être que le Soleil n'a passé longtemps qu'après que la gravité a rendu possible sa naissance à partir de la matière amorphe qui peuplait l'espace. Au fur et à mesure de sa formation, le Soleil a acquis la rotation fournie par le nuage primitif de matière.

Une partie de la matière qui a donné naissance à l'étoile a été compactée autour du Soleil pour créer les planètes, qui avaient également leur part du moment cinétique du nuage d'origine. De cette façon, toutes les planètes (y compris la Terre) ont leur propre mouvement de rotation dans la direction ouest-est, à l'exception de Vénus et Uranus, qui tournent dans la direction opposée.

Certains pensent qu'Uranus est entré en collision avec une autre planète de densité similaire et, en raison de l'impact, a changé son axe et sa direction de rotation. Sur Vénus, l'existence de marées gazeuses pourrait expliquer pourquoi le sens de rotation s'inversait lentement avec le temps.

Moment angulaire

Le moment cinétique est, en rotation, ce que le moment linéaire est à la translation. Pour un corps tournant autour d'un axe fixe comme la Terre, sa magnitude est donnée par:

Dans cette équation, L est le moment cinétique (kg.m ² / s), I est le moment d'inertie (kg.m ²) et w est la vitesse angulaire (radians / s).

Le moment cinétique est conservé tant qu'il n'y a pas de couple net agissant sur le système. Dans le cas de la formation du système solaire, le Soleil et la matière qui ont donné naissance aux planètes sont considérés comme un système isolé, sur lequel aucune force n'a provoqué de couple externe.

Exercice résolu

En supposant que la Terre est une sphère parfaite et se comporte comme un corps rigide et en utilisant les données fournies, son moment angulaire de rotation doit être trouvé: a) autour de son propre axe et b) dans son mouvement de translation autour du Soleil.

Solution

a) Il faut d'abord considérer le moment d'inertie de la Terre comme une sphère de rayon R et de masse M.

La vitesse angulaire est calculée comme ceci:

Où T est la période du mouvement, qui dans ce cas est de 24 heures = 86400 s, donc:

Le moment cinétique de la rotation autour de son propre axe est:

b) Concernant le mouvement de translation autour du Soleil, la Terre peut être considérée comme un objet ponctuel, dont le moment d'inertie est I = MR ² _m

Dans une année, il y a 365 × 24 × 86400 s = 3,1536 × 10 ⁷ s, la vitesse angulaire orbitale de la Terre est:

Avec ces valeurs, le moment cinétique orbital de la Terre est:

Conséquences du mouvement de rotation

Comme mentionné ci-dessus, la succession des jours et des nuits, avec leurs changements respectifs d'heures de lumière et de température, est la conséquence la plus importante du mouvement de rotation de la Terre sur son propre axe. Cependant, son influence va un peu au-delà de ce fait décisif:

- La rotation de la Terre est étroitement liée à la forme de la planète. La Terre n'est pas une sphère parfaite comme une boule de billard. Lors de sa rotation, des forces se développent qui le déforment, provoquant un renflement à l'équateur et un aplatissement ultérieur aux pôles.

- La déformation de la Terre donne lieu à de petites fluctuations de la valeur de l'accélération de la gravité g en différents endroits. Ainsi, par exemple, la valeur de g est plus grande aux pôles qu'à l'équateur.

- Le mouvement de rotation influence grandement la distribution des courants marins et affecte dans une large mesure les vents, du fait que les masses d'air et d'eau subissent des déviations de leur trajectoire à la fois dans le sens des aiguilles d'une montre (hémisphère nord) et dans la direction opposée (hémisphère sud).

- Des fuseaux horaires ont été créés, afin de réguler le passage du temps à chaque endroit, car les différentes zones de la Terre sont éclairées par le soleil ou assombries.

effet de Coriolis

L'effet Coriolis est une conséquence de la rotation de la Terre. Puisque l'accélération existe dans toutes les rotations, la Terre n'est pas considérée comme un cadre de référence inertiel, ce qui est nécessaire pour appliquer les lois de Newton.

Dans ce cas, apparaissent les soi-disant pseudo-forces, des forces dont l'origine n'est pas physique, comme la force centrifuge subie par les passagers d'une voiture lorsqu'elle fait un virage et sent qu'ils sont détournés d'un côté.

Pour visualiser ses effets, considérons l'exemple suivant: il y a deux personnes A et B sur une plate-forme en rotation antihoraire, toutes deux au repos par rapport à elle. La personne A lance une balle à la personne B, mais lorsque la balle atteint l'endroit où se trouvait B, elle s'est déjà déplacée et la balle est déviée d'une distance s, passant derrière B.

Figure 2. L'accélération de Coriolis amène la balle à dévier latéralement sa trajectoire.

La force centrifuge n'est pas responsable dans ce cas, elle agit déjà hors du centre. C'est la force de Coriolis, dont l'effet est de dévier le ballon latéralement. Il arrive que A et B aient des vitesses ascendantes différentes, car ils sont à des distances différentes de l'axe de rotation. La vitesse de B est plus grande et elles sont données par:

Calcul de l'accélération de Coriolis

L'accélération de Coriolis a des effets significatifs sur le mouvement des masses d'air, et affecte donc le climat. C'est pourquoi il est important d'en tenir compte pour étudier le mouvement des courants d'air et des courants océaniques.

Les gens peuvent également en faire l'expérience lorsqu'ils essaient de marcher sur une plate-forme qui tourne, comme un carrousel en mouvement.

Pour le cas représenté sur la figure précédente, supposons que la gravité ne soit pas prise en compte et que le mouvement soit visualisé à partir d'un système de référence inertiel, extérieur à la plateforme. Dans ce cas, le mouvement ressemble à ceci:

Figure 3. Le lancement de la balle vu d'un système de référence inertiel. Le chemin qui suit est rectiligne (la gravité n'est pas prise en compte).

La déviation du ballon par rapport à la position initiale de la personne B est:

Mais R _B - R _A = vt, alors:

s = ω. (vt). t = ω vt ²

C'est un mouvement avec une vitesse initiale 0 et une accélération constante:

a _Coriolis = 2ω.v

Références

1. Aguilar, A. 2004. Géographie générale. 2ème. Édition. Prentice Hall. 35-38.
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3. Lowrie, W. 2007. Fondamentaux de la géophysique. 2ème. Édition. Cambridge University Press 48-61.
4. Oster, L. 1984. Astronomie moderne. Éditorial Reverte. 37-52.
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6. Pourquoi la Terre tourne-t-elle? Récupéré de: spaceplace.nasa.gov.
7. Wikipédia. Effet de Coriolis. Récupéré de: es.wikipedia.org.