Fizyka dla każdego

Większość z nas ceni długie i ciepłe dni wiosny i lata. Nie wszyscy mają jednak świadomość, że pory roku nie mają równej długości; podajemy za wikipedią (dla półkuli północnej):

wiosna – 92 dni i 21 godzin
lato – 93 dni i 14 godzin
jesień – 89 dni i 18 godzin
zima – 89 dni i 1 godzinę

Można by podejrzewać jakieś oszustwo rzymskich cesarzy, poprzez fakt że „przypisali” sobie dłuższe, 31-dniowe miesiące: lipiec (Julius) i sierpień (Augustus). Tymczasem sprawa ma proste, ale też i istotne wyjaśnienie w astronomii i fizyce, choć na dobre zagościła w nauce z początkiem wieku XVII wraz z Keplerem, a właściwą interpretację zawdzięcza Newtonowi z jego prawem powszechnej grawitacji.

Większość z nas słyszała w szkole, że planety obiegają Słońce nie po okręgach, ale elipsach (I prawo Keplera) i że dotyczy to również Ziemi. Jednak na pytanie, kiedy w takim razie Ziemia jest bliżej Słońca, a kiedy dalej, odpowiedź zwykle nie jest szybka i oczywista. Na ogół usłyszymy, że bliżej jest latem, bo wtedy jest ciepło, ale po namyśle sami stwierdzimy pewną sprzeczność – przecież gdy na „naszej” (północnej) półkuli jest lato, na południowej panuje zima i odwrotnie. Pory roku są konsekwencją nachylenia osi obrotu Ziemi do płaszczyzny orbity i nie są związane z odległością (zmiany w przedziale od 147,1 do 152,1 mln km stanowią zaledwie ok. 3% średniego dystansu).

A z odległością jest właśnie akurat na odwrót: Ziemia jest na orbicie najbliżej Słońca ok. 3 stycznia, a najdalej ok. 3 lipca. I tu warto przywołać II prawo Keplera, w myśl którego mniejszej odległości odpowiada większa prędkość (w przypadku Ziemi – 30,29 km/s), zaś większej odległości – prędkość mniejsza (dla Ziemi 29,29 km/s). Interpretację „fenomenologicznych” praw Keplera zawdzięczamy newtonowskiej teorii grawitacji, zgodnie z którą siła oddziaływania dwóch ciał maleje z kwadratem odległości.

Różnice w wartościach prędkości nie są duże, a jednak składają się na 3-4 dniową różnicę długości trwania „naszych” wiosny i lata w stosunku do jesieni i zimy. No i możemy choćby z powodu dłuższych wakacji popatrzeć przychylnie na miejsce, w którym przyszło nam żyć...
 

Tekst i fotografie: dr K. Rochowicz