북쪽하늘
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별의 일주운동과 자전 |
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북쪽하늘 |
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북쪽을 보면 북극성을 중심으로 별들이 돕니다. |
지구가 하루 한바퀴 돌기 때문에 별(태양,달포함)들이 하루 한바퀴 지구 주위로 도는
것처럼 보입니다. 물론, 북극성을 중심으로 지구 자전의 반대 방향으로 회전합니다.
이렇게 별들이 회전하는 것을 별의 일주운동이라고 하는데 태양이 뜨고 지는 것도
똑같은 현상이므로 별과 달과 태양 모두 동에서 떠서 서로 집니다.
착각하지 마세요. 어떤 학생들은 별은 서에서 떠서 동으로 지는 줄 아는 데 아닙니다.
조심하세요. 태양도 별입니다. 너무 가까워 눈부신 별일뿐이죠.
하루 24시간동안 한바퀴 360도이므로 1시간에 15도 운동합니다.
시험에 잘 나오는 부분이 북쪽하늘과 남쪽하늘의 관찰입니다.
북쪽하늘은 북극성이 보입니다. 북쪽 하늘을 보면 오른쪽이 동쪽이고 왼쪽이 서쪽입니다.
동은 별(태양,달포함)이 뜨는 곳, 서쪽은 지는 곳입니다. 고도(떠있는 높이)가 커지는 별은
동쪽하늘에 있는 별입니다. 1시간에 15도씩 뜨므로 위 그림처럼 됩니다.
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남쪽을 보면 적도와 태양이 보입니다. |
남쪽하늘에는 적도와 황도가 보이며 오른 쪽이 서쪽입니다. 태양은 황도 상을 따라 1년에
한바퀴 돌며(사실은 지구가 태양 주위를 한바퀴 돈 것인데) 적도 위로 가장 많이 올라온
하지날 ( 6월 22일 경) 북위 23.5도까지 왔다가 다시 내려갑니다.
끝없이 내려 가는 것이 아니라 남위 23.5도(동지날 ; 12월 22일경)에서 다시 위로 올라옵니다.
이렇게 양 끝에 왔을 때가 하지와 동지입니다.
별자리가 언제 보이는지 잘 기억해두세요. 태양 반대쪽은 밤 12시(자정)입니다.
지구 자전의 증거로 푸코진자, 전향력, 인공위성 궤도의 서편 이동 현상등이 있습니다.
자 ! 먼저 푸코 진자부터 살펴봅시다.
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푸코진자는 늘 같은 방향으로 흔들리나 우리가 보기엔 도는 것처럼 보인다. |
프랑스의 과학자 푸코( J.B.L. foucault, 1819 ~ 1868 ) 가 1851년 판테온 성당에서
길이가 67 m 인 끈에 ,무게가 28 kg 인 추를 매달아 흔들었습니다. 추가 흔들리는
방향은 지구가 자전해도 변하지 않습니다. 반면에 지구가 도니까 성당 바닥이 같이
돕니다. 그러나, 추가 흔들리는 방향은 변하지 않습니다. 따라서 성당 바닥에 서 있는
우리가 볼 때 추가 지구 자전 방향의 반대쪽으로 틀어지는 것처럼 보입니다.
내가 서있는 성당 바닥이 틀어진 것인데 우리가 보면 추의 흔들리는 방향이 틀어진
것처럼 보입니다. 달리는 차의 차창 밖을 내다 보면 창밖의 사람들이 뒤로 가는 것처럼
보이는 현상과 동일합니다.
지구가 자전하지 않으면 백날 있어 보았자 추가 흔들리는 방향이 틀어지지 않습니다.
추가 흔들리는 방향이 틀어진 것은 지구가 회전(자전)했기 때문입니다.
이해가 됩니까 ?
막대기에 끈을 묶고 추를 달아 흔들어보세요. 추가 흔들리는 동안 막대기를 천천히
돌려보세요.추가 흔들리는 방향은 안 변합니다. 한번 해 보세요. 지구가 자전해도
변하지 않는 것이 바로 추가 흔들리는 방향입니다. 여기에 착안해서 푸코가 진자를
만들고 흔들어 보았더니 예상한대로 진자의 흔들리는 방향이 32시간(프랑스 파리의
경우)만에 원래 방향과 맞아 떨어졌습니다.
북극에서 푸코진자를 흔들면 24시간만에 원래 방향과 일치되며,
적도에서는 추가 진동하는 방향이 움직이지 않아 지구 자전을 확인할 수 없습니다.
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북반구에서는 진행방향의 오른쪽으로 휩니다. |
자전 때문에 움직이는 물체는 무조건 진행방향의 오른 쪽으로 휩니다.(북반구 경우)
이렇게 방향을 바꾸게 하는 힘을 전향력(코리올리의 힘)이라고 합니다.
전향력은 운동하는 물체의 진행방향과 항상 직각방향으로 향합니다.
지구가 둥글기 때문에 같은 시간에 적도 쪽은 많이 ,고위도 쪽은 상대적으로 조금 가는 편입니다.
이러한 차이 때문에 물체가 똑바로 가지 못하고 비스듬히 가는 것처럼 보이는 것입니다.
이 비스듬히 가는 것처럼 보이는 것을 설명하기 위해 방향을 바꾸는 힘(전향력)이
있다고 생각하여 설명을 하는 것입니다. 예를 들면 아래와 같습니다.
공중에 뜬 대포알은 원래의 방향으로 똑바로 가지만 지구 자전에 의해 땅이 움직이므로
땅에 있는 우리가 보기엔 대포알이 휘는 것처럼 보이는 것입니다. 북반구의 경우에는
항상 진행방향의 오른쪽으로 휩니다. 따라서, 날아가는 대포알이 원래 목표지점의
약간 오른 쪽에 떨어지므로 이것을 고려하여 대포를 쏘아야 합니다.
코리올리란 학자가 이 힘을 수학적으로 밝혀냈기 때문에 전향력을 코리올리의 힘
이라고도 합니다. 사실, 전향력은 존재하는 힘이 아니라 좌표계의 차이 때문에
나타나는 현상이므로 가짜의 힘이라고도 합니다.
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인공위성이 자꾸 서해바다쪽으로 가는 것처럼 보입니다. |
지구는 동쪽으로 자꾸 자전합니다. 인공위성은 원래 그 자리로 2 시간만에 다시
돌아옵니다. 그런데 우리가 보면 인공위성이 서해 바다 쪽으로 자꾸 가는 것처럼
보입니다. 사실 인공위성은 그 자리로 계속 돌아오는 것일 뿐입니다.
서에서 동으로 자전하는 지구를 타고 있는 우리가 서에서 동으로 돌은건데
거꾸로 인공위성이 동쪽에서 서쪽으로 자꾸 가는 것처럼 보이는 것입니다.
이것도 지구 자전에 의해 생긴 현상입니다.