Das Foucault-Pendel ist ein großartiges Experiment, das zeigt, dass sich die Erde dreht, aber es wurde erst 1851 eingeführt. Es war bekannt, dass sich die Erde mehrere Jahrhunderte zuvor drehte, wahrscheinlich stimuliert durch Copernicus und Galileo haben im 16. Jahrhundert das heliozentrische Modell des Sonnensystems vorangetrieben.

Einige Jahrzehnte vor Faucalts Pendel wurde der Coriolis-Effekt entdeckt . Dies bewirkt (neben anderen ähnlich großen Systemen) Hurrikane, die dazu führen, dass sie sich im Uhrzeigersinn / gegen den Uhrzeigersinn drehen, je nachdem, ob sie sich auf der südlichen / nördlichen Hemisphäre befinden. Es ist eine scheinbare Kraft, die in jedem rotierenden Bezugssystem (wie einem sich drehenden Planeten) auftritt. Dies wiederum hat den frühen Gläubigen der sich drehenden Erde nicht geholfen.

Frühe Beweise dafür, dass sich die Erde dreht, waren mit ziemlicher Sicherheit die Beobachtung der Sonne, der Planeten und Sterne, die sich über den Himmel bewegen, und dann mit Hilfe von Teleskopen, von den anderen Planeten, die sich ebenfalls drehen. Dazu müssen Sie natürlich darauf vertrauen, dass die Erde nicht das Zentrum des Universums ist und somit nicht "beweist", dass sich die Erde auf die gleiche Weise dreht wie die Beobachtung des Foucault-Pendels oder des Coriolis-Effekts.

Die Idee eines "Beweises" in der Physik ist schwierig. Eine Theorie wie die "sich drehende Erde" wird zunächst einfach vorgestellt, um anomale Beobachtungen zu erklären, die aktuelle Theorien nicht können (z. B. warum sich die anderen Planeten und die Sonne unabhängig von den Hintergrundsternen bewegen, wenn sich alles gemeinsam um die Erde dreht ?). Es wird dann durch Experimente getestet, die von der Theorie inspiriert oder vorhergesagt wurden (wenn sich die Erde dreht, was sollten wir erwarten zu beobachten?). Wenn alles hält, wird es als Tatsache akzeptiert. Irgendwann merkt ein heller Funke, dass er / sie mit einem cleveren kleinen Experiment (Foucaults Pendel / Coriolis-Effekt / Abschuss einer Rakete in den Weltraum) nachweisen kann, dass sich die Erde dreht, und es wird dem Berg von Beweisen hinzugefügt, die sich bereits zu diesem Thema angesammelt haben / p>

Foucault-Pendel. Ich weiß nicht, wie die Alten es gemacht haben, aber es ist sicherlich reine klassische Mechanik.

Die Animation beschreibt die Bewegung eines Foucault-Pendels auf einem Breitengrad von 30 ° N.

Ich denke, das Foucault-Pendel ist die beste Antwort, aber der Abwechslung halber füge ich eine weitere sehr interessante hinzu: die äquatoriale Ausbuchtung, die die Figur der Erde a beeinflusst >. Dies ist das "Pfannkuchen" des Planeten aufgrund seiner Rotation. Sie können die Geometrie der Erde messen, ohne ihre Oberfläche zu verlassen, und feststellen, dass sie sich gemäß Ihren Erwartungen ausbaucht, wenn diese Ausbuchtung durch Rotation mit der gleichen Geschwindigkeit verursacht wurde, die wir relativ zu entfernten Sternen beobachten. Wie immer gibt es in der Physik keinen "Beweis", aber dies ist ein starker Beleg.

Ein indirekter Hinweis darauf, dass sich die Erde dreht, ist die Tatsache, dass sich die Drehung im Laufe der Zeit ändert. Zunächst ändert sich die Ausrichtung der Erdachse: Langzeiteffekte wie Präzession und langsame Variationen der axialen Neigung sowie kleine kurzfristige Variationen wie Nutation . Präzession war bereits in der Antike bekannt (Hipparchus, Ptolemäus, ...) und die Änderung der axialen Neigung wurde von Menschen wie Fracastoro (1538) erkannt. Auf den Wiki-Seiten finden Sie historische Hintergrundinformationen.

Die Rotationsperiode der Erde ändert sich ebenfalls. Erstens verlangsamt sich die Rotation aufgrund der Gezeitenwechselwirkung zwischen Erde und Mond: Die Länge des Tages nimmt um etwa 2 Millisekunden pro Jahrhundert zu. Edmond Halley bemerkte als erster, dass sich die Umlaufzeit des Mondes im Vergleich zu alten Aufzeichnungen geändert hatte, und der Effekt wurde im 18. und 19. Jahrhundert erklärt.

In diesen Tagen Wir können die Erdrotation sehr genau messen und stellen fest, dass die Rotation von Tag zu Tag leicht variiert. Insbesondere Änderungen der atmosphärischen Winde und ozeanischen Strömungen verursachen periodische Schwankungen der axialen Neigung und der Rotationsperiode: eine jährliche Fluktuation mit einer Amplitude von 0,34 Millisekunden, eine halbjährliche Periode mit einer Amplitude von 0,29 Millisekunden, 10-tägige Fluktuationen der Größenordnung von 0,1 Millisekunden, Schwankungen aufgrund von El Niño-Ereignissen usw. (siehe Wikipedia und auch diesen Beitrag). Große Erdbeben können auch die Rotationsperiode um einige Mikrosekunden verändern, aber diese Effekte sind schwer zu messen (siehe diesen Artikel zum Erdbeben in Japan 2011).

Beweisen diese Variationen dies? die Erde dreht sich? Nicht direkt, aber ich würde gerne hören, wie Geozentristen erklären, wie das gesamte Universum seine Rotation ändern kann, nicht nur über Tausende von Jahren, sondern sogar täglich, wenn die Ursachen dieser Variationen auf Ereignisse auf der Erde oder auf der Erde zurückgeführt werden können Orbit.

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Ein weiterer Beweis dafür, dass sich die Erde dreht, obwohl dies nur mit modernen Techniken gemessen werden kann: Abweichung .

Sie alle kennen diesen Effekt: Nehmen wir an, Sie sind es im Regen stehen und es gibt keinen Wind. Da der Regen senkrecht fällt, müssen Sie Ihren Regenschirm gerade halten. Aber jetzt fang an zu rennen. Was geschieht? Aus Ihrer Sicht fällt der Regen nicht mehr vertikal: Sie müssen Ihren Regenschirm nach vorne kippen, um Ihren Kopf trocken zu halten. Ein ähnliches Phänomen tritt beim Licht auf: Die Richtung, in die Sie einen Lichtstrahl sehen, hängt von Ihrer Geschwindigkeit ab. Dieser Effekt wird als Aberration bezeichnet.

Angenommen, Sie haben zwei Sterne, die in einer Pause durch einen Winkel $ \ theta $ getrennt sind Rahmen. Wenn sich ein Beobachter auf der horizontalen Achse auf den Stern zubewegt, sieht er den zweiten Stern in einem Winkel $ \ varphi $ anstelle von $ \ theta $. Wenn sich die Geschwindigkeit des Beobachters ändert, ändert sich der Winkel $ \ varphi $ und der Stern scheint in Bezug auf Sterne an verschiedenen Positionen zu "wackeln".

Die Umlaufgeschwindigkeit $ v \ ca. 30 \ ; \ text {km / s} $ der Erde um die Sonne verursacht eine jährliche Aberration : Im Laufe eines Jahres scheint jeder Stern und jede Galaxie auf einer Ellipse mit maximaler Verschiebung zu wackeln von $ v / c \ ca. 20,5 '' $ um ihre mittlere Position, unabhängig von ihrer Entfernung zur Erde (im Gegensatz zur Parallaxe, die von der Entfernung abhängt). Es wurde erstmals 1725 von James Bradley beobachtet und ist ein direkter Beweis dafür, dass die Erde die Sonne umkreist.

Aber es gibt noch eine andere, viel kleinere Aberration: eine tägliche Aberration , die durch die Rotation der Erde um ihre Achse verursacht wird. Der Effekt ist am größten für einen Beobachter am Äquator, der eine Äquatorgeschwindigkeit von $ v = 0,465 \; \ text {km / s} $ hat, während ein Beobachter an den Polen keinen Effekt sieht. Für einen Beobachter am Äquator wackelt die Position jedes Sterns täglich mit einer maximalen Verschiebung von $ v / c \ ca. 0,32 '' $. Es ist ein unglaublich kleiner Effekt, aber er ist messbar und muss bei der hochpräzisen Astrometrie berücksichtigt werden. Darüber hinaus beweist es, dass sich die Erde dreht.

Alles, was mit dem Coriolis-Effekt zusammenhängt (einige hübsche Bilder finden Sie im Link), dh sogar Kanonen werden aufgrund der Erdrotation (nicht genau, eher scheinen) abgelenkt.

Wenn wir die Geometrie der Erde messen, stellen wir fest, dass sie eine äquatoriale Ausbuchtung aufweist. Wir machen keine Annahmen über die Ursache der Ausbuchtung, obwohl dies bereits darauf hindeutet, dass sich die Erde dreht, wie @Mike beschrieben hat.

Wir messen die Erdbeschleunigung an den Polen und am Äquator. Der größte Unterschied, den wir feststellen, ist auf die Ausbuchtung zurückzuführen, aber es gibt eine Diskrepanz von $ 0,3 \% $. Die Erdbeschleunigung ist am Äquator geringer als erwartet. Diese Diskrepanz lässt sich gut erklären, wenn man annimmt, dass sich die Erde dreht. Unter dieser Annahme können wir die Periode der Erde grob berechnen.

Wir könnten so weit gehen, die Erdbeschleunigung entlang verschiedener Breitengrade sorgfältig zu messen und so die Erdbeschleunigung als Funktion des Breitengrads zu ermitteln. Wir würden feststellen, dass diese Messungen durch ein Modell gut beschrieben wurden, bei dem sich die abgeflachte Erde mit einem Zeitraum von etwa einem Tag drehte.

Lassen Sie uns die Behauptung überprüfen, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht. Wir können diese Achse als $ z $ -Achse wählen. Die Erde kann durch eine Kugel angenähert werden. Stellen Sie sich ein Pendel vor, das irgendwo auf der Erdoberfläche lebt und zunächst auf einer Nord-Süd-Linie schwingt. Die Position des Bob wird als Vektor $ {V} = (V ^ {\ theta}, V ^ {\ phi}) $ beschrieben, der im Tangentenraum dieser Kugel lebt. Während sich die Erde dreht, wird $ V $ parallel entlang der durch die Erdrotation skizzierten Kurve transportiert. Nennen Sie es $ \ gamma (t) = (\ theta (t), \ phi (t)) $ (ein Kreis). Dann ist die Gleichung, der $ V $ folgt, gegeben durch: $$ \ nabla _ {\ dot {\ gamma (t)}} V ^ {\ alpha} = \ dot {\ theta} \ nabla _ {\ theta} V ^ {\ alpha} + \ dot {\ phi} \ nabla _ {\ phi} V ^ {\ alpha} = 0. $$ Da die Erde jedoch nur den Winkel $ \ phi $ durch Drehen ändert, wird $ \ dot {\ gamma (t )} = (0, \ dot {\ phi}) $ ($ = (0, 2 \ pi / 24 \ text {hrs}) $). Die Gleichung für den parallelen Transport ergibt also $$ \ nabla_ \ phi V ^ {\ theta} = 0, $$ und $$ \ nabla _ {\ phi} V ^ {\ phi} = 0. $$ Dies sind einfach die kovarianten Ableitungen , so dass diese Gleichungen

$$ \ partiell _ {\ phi} V ^ {\ theta} + \ Gamma ^ \ theta _ {\ phi \ mu} V ^ {\ mu} = 0, $$ sind $$ \ partielle _ {\ phi} V ^ {\ phi} + \ Gamma ^ \ phi _ {\ phi \ mu} V ^ {\ mu} = 0. $$

Eine einfache Berechnung zeigt, dass die Nicht verschwindende Christoffel-Symbole der Kugel sind $ \ Gamma ^ {\ theta} _ {\ phi \ phi} = - \ text {sin} {\ theta} \ text {cos} {\ theta}, $ $ \ Gamma ^ {\ phi} _ {\ phi \ theta} = \ text {cot} {\ theta}. $ Diese Gleichungen werden wie folgt zu gekoppelten Gleichungen: $$ \ partielle _ {\ phi} V ^ {\ theta} - \ text {sin } \ theta \ text {cos} \ theta V ^ {\ phi} = 0, $$ $$ \ teilweise _ {\ phi} V ^ {\ phi} + \ text {cot} \ theta V ^ {\ theta} = 0. $$ Entkoppeln Sie sie, indem Sie in der zweiten Gleichung nach $ V ^ {\ theta} $ auflösen und in die erste einfügen. Wir erhalten $$ \ partielle ^ 2 _ {\ phi} V ^ {\ phi} = - \ text {sin} ^ 2 \ theta V ^ {\ phi}. $$ Dies ist leicht zu lösen, und daraus ergibt sich, wie stark das Pendel direkt schwingen sollte von $ \ phi $, beispielsweise in einem Zeitraum von 24 Stunden. Vergleichen Sie nun mit dem Experiment.

Der Sagnac-Effekt kann eine absolute Rotation erkennen. Dies wird beispielsweise in Ringlaserkreiseln verwendet, die in modernen Flugzeugen als Navigationsgeräte verwendet werden. Mit diesem Effekt kann nicht nur nachgewiesen werden, dass sich die Erde dreht, sondern ihre Präzision zur Erkennung von Rotationsschwankungen beginnt auch mit den genauesten Techniken zu konkurrieren: siehe http://www.wettzell.ifag.de /LKREISEL/G/LaserGyros.html