Как мы можем определить, вращается ли Земля без каких-либо внешних ориентиров? [дубликат]

Поскольку Земля вращается сама по себе, она не является инерционной референтной , а это означает, что на объекты, находящиеся в состоянии покоя в системе отсчета, действуют дополнительные фиктивные силы. Для вращающегося референта фиктивная сила называется силой Кориолиса , которая отвечает за многие явления, такие как маятник Фуко .

Другие ответы правильно определили некоторые практические наблюдения, которые можно использовать для определения того, что Земля вращается (гироскоп, напряжение в скалах, маятник Фуко, просто падение повседневных предметов и т. д.). Здесь я добавлю замечание о предыстории вопроса. Фон - это интуиция, которая, возможно, предполагает общую теорию относительности, невозможно сказать, что объект вращается, не глядя снаружи. Главное, что я хочу сказать, это то, что общая теория относительности не предполагает этого, разве что в определенном конкретном смысле.

Чтобы получить ясность по этому поводу, нам нужно различать два употребления слова «вращение»:

1. что-то вращается относительно далеких звезд
2. тело находится в твердом движении вокруг оси без инерции

Согласно ОТО можно обнаружить движение (2), не требуя наблюдений за остальной Вселенной. Просто выполните любой из экспериментов, перечисленных в других ответах (и кратко упомянутых в моем вступительном абзаце). Кроме того, мы можем сделать заявление о том, что произошло бы, если бы не было «остальной вселенной». Согласно ОТО, остальная Вселенная действительно влияет на локальное пространство-время в любой точке, но если каким-то образом удалить остальную часть Вселенной и, следовательно, ее влияние на пространство-время, то локальное пространство-время не изменится очень сильно, и можно будет отличить неинерциальную от инерциальной системы отсчета с помощью простых экспериментальных тестов. Таким образом, можно было еще определить, имеет ли Земля движение типа (2), перечисленное выше.

Принцип Маха упоминался в другом ответе. Важным здесь является то, что вселенная не является махистской в ​​самом естественном смысле этого слова (определения в этой области не вполне устоялись). В этом смысле принцип Маха неверен .

Теперь краткий комментарий к типу (1). Возможна инерциальная система отсчета (т.е. без «вращения» по типу (2)), которая действительно вращается относительно далеких звезд. Эта ситуация называется перетаскиванием кадров; это происходит вблизи крупных быстро вращающихся тел. Это крошечный эффект (т. е. такое вращение чрезвычайно медленное, если только речь не идет о чем-то вроде черной дыры).

Вращение Земли можно обнаружить с помощью гироскопа ( http://www.tkt.cs.tut.fi/research/nappo_files/Symposium_Gyro_Technology_2010_web.pdf ). Похоже, оборудование, использованное в статье, стоит менее 1000 долларов (не считая компьютера).

РЕДАКТИРОВАТЬ (24.08.2019): Другой подход был предложен Комптоном (Science 23 May 1913: Vol. 37, Issue 960, pp. 803-806):

"если круглую трубку, наполненную водой, поместить в плоскость, перпендикулярную земной оси, то верхняя часть трубки с водой в ней будет двигаться на восток по отношению к нижней части. Если трубку быстро повернуть на 180 градусов вокруг ее восточного и западного диаметра как оси, часть трубы, которая находилась на верхней стороне, достигает относительно западного движения, когда она повернута вниз (поскольку она приближается к земной оси). трубка сохраняет большую часть своего первоначального движения на восток, и это можно обнаружить соответствующими средствами».

«Если тогда$\alpha$- угловая скорость вращения Земли,$r$радиус окружности, в которую изогнута трубка..., относительная скорость между водой и трубкой, когда ее быстро поворачивают из положения, перпендикулярного земной оси, на 180 градусов, составляет...$\alpha r$."

«Чтобы предотвратить конвекционные потоки, лучше всего держать кольцо нормально в горизонтальном положении, и в этом случае относительное движение, конечно,$\alpha r \sin\phi$, где$\phi$широта экспериментатора».

Для$r=0.993 m$и широта$40^{\circ} 48'33''$(Вустер, Огайо), мы получаем скорость около$0.05mm/s$; средняя скорость, наблюдаемая Комптоном, совпадала с расчетной скоростью с точностью 5%. Комптон измерил скорость воды, наблюдая глобулы нефти, введенные в воду, с помощью микроскопа-микрометра.

Используя то, что известно НАСА, вы можете запустить небольшую ракету в восточном направлении от экватора, а затем запустить такую ​​же ракету в западном направлении от экватора. Если нет вращения, ракеты летят на одинаковое расстояние. Хотя это сработает, ответ от The Photon кажется более практичным. ржу не могу

Это главный вопрос для обсуждения

Теоретически об этом сказано много. Вы заново открыли давний аргумент в философии физики.

Его часто называют «аргументом ведра», поскольку один из самых известных примеров — это ведро с водой, которое вращается, и поэтому уровень воды не плоский (центробежно выпячивается по бокам), как в вашем примере с земными морями, вздымающимися на экватор.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bucket_argument

Это давняя проблема среди философов физики. Один из них (Эрнст Мах) был особенно озабочен этим, и его заботы способствовали развитию общей теории относительности. Мах считал, что все движения должны быть относительными, так что центробежная сила, заставляющая воду выпячиваться наружу на экваторе, на самом деле вызвана «неподвижными звездами» (каким-то образом), так что в пустой Вселенной, где есть только Земля, вы бы не не знаю, крутится он или нет, и вода не выпячивается.

Однако общая теория относительности не смогла решить эту проблему. С ОТО в пустой вселенной с ведром воды (или Землей) ведро/Земля все еще знает, вращается оно или нет.

Есть два лагеря относительно того, что это означает:

(1) - Наша лучшая теория физики говорит нам, что вращение абсолютно, а не относительно. Так наверное и есть. Вещь «просто знает», когда крутится, это не требует особых объяснений.

(2) - Это действительно большая проблема, и она показывает, что общая теория относительности не совсем верна. Однажды мы найдем лучшую теорию, которая исправит это, чтобы вещи могли говорить только тогда, когда они вращаются через взаимодействие с другими вещами.

Их люди в обоих лагерях. Возможно, мы никогда не узнаем, какая группа права.

Земной гравитации противостоит центробежная сила в измеримой степени. Это одна из причин, по которой ускорение свободного падения на экваторе меньше, чем на полюсах.