Космос у тебя дома
Шрифт:
Теперь приступим к опыту.
Вставьте недалеко от верхней точки подвеса нашего прибора между веревками круглую палочку и хорошо закрутите диск с бумажным кольцом. Когда вы его отпустите, он начнет быстро вертеться на раскручивающихся веревках. Для увеличения скорости вращения нажимайте палочкой, вставленной между веревками, на место скрутки. Когда диск хорошо раскрутится, отойдите в сторону и наблюдайте за бумажным кольцом.
Оно немного сплющилось. Вы видите прозрачный эллипсоид, который отличается от шара своей несколько сплюснутой формой. Метка, которая была сделана на веревках перед началом опыта, покажет вам, насколько сплюснулся при вращении бумажный круг. Когда вращение прекратится, бумажное кольцо опять примет форму круга и вернется к своей метке. Но может случиться и так, что кольцо до метки немного и не дойдет, — это скажется так называемая остаточная деформация в бумаге, из которой сделано кольцо.
А теперь снова вернемся к Земле. Земля не шар — она немного сплюснута у полюсов. По последним данным, радиус Земли, проведенный от ее полюса до центра, отличается от «экваториального радиуса» на 21,383 километра. А по расчетам Исаака Ньютона эта разница составляла 24 километра.
Исаак Ньютон доказал, что Земля сплюснута у полюсов (экваториальная область у нее несколько расширена, раздута).
Он считал, что «раздувание» Земли у экватора произошло тогда, когда она находилась в размягченном состоянии.
Гипотезы о происхождении Земли — будь то гипотеза Канта — Лапласа, по которой Земля образовалась из раскаленного вещества и в первоначальном виде представляла жидкий огненный шар, будь то гипотеза советского ученого О. Ю. Шмидта, по которой Земля образовалась в результате постепенного «слипания» мелких частиц пылеобразного облака и разреженных газов, — предусматривали, что в начале своего возникновения Земля не сразу стала твердой. Быстрое вращение «мягкой» Земли вокруг своей оси привело к ее «раздуванию» по экватору.
Ось нашей планеты наклонена к ее плоскости вращения вокруг Солнца, к плоскости ее орбиты. Угол наклона равен 66° 33,5'.
Исаак Ньютон объяснил происхождение прецессии земной оси наклоном оси и сплюснутой формой Земли.
При идеальном шаре прецессии не было бы, а при такой форме Земли, какая у нее сейчас, не все ее точки притягиваются к Солнцу и Луне одинаково, образуется поворачивающее усилие. Оно и «старается» поставить ось Земли вертикально. В результате этого земная ось описывает конусы прецессии. Время полного оборота конца оси Земли вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты, который является осью прецессии, составляет приблизительно 26 000 лет.
Как видите, вращение оси Земли происходит очень медленно, в нашем понимании, конечно.
Для того чтобы представить, как произошла прецессия земной оси, сделаем небольшую модель — усовершенствуем тот волчок, который вы изготовили из баночки из-под кинопленки. Его следует утяжелить и заменить ось. Ось можно сделать из прямого гвоздя, срезав у него шляпку и хорошо заострив другой конец. Просверлите в гвозде отверстие для пусковой веревки. В баночку для ее утяжеления положите глину. Изготовьте две рамки, в которых будет установлен волчок. Первую, внутреннюю рамку, сделайте из медной или латунной трубки, разметив ее стороны по волчку. В противоположных сторонах рамки нужно будет сделать отверстия— гнезда, в которых будет вращаться волчок Там, где будет нижний острый конец оси волчка, отверстие в трубке надо просверлить не сквозное, чтобы ось могла упираться во внутреннюю сторону трубки. Отверстие для верхнего конца оси сделайте сквозное — через обе стенки трубки. Это даст возможность свободно вставлять и вынимать из рамки волчок. В местах сгибов рамки трубка будет сминаться, но это на качество рамки не повлияет. Посередине боковых сторон рамки нужно просверлить отверстия, вставить изнутри по гвоздику, а шляпки припаять к рамке.
Вторая, наружная рамка будет П-образной формы, то есть иметь три стороны. Сделайте ее из такой же трубки. В ее концах надо просверлить отверстия, в которые будут вставлены оси-гвоздики внутренней рамки. На верхней перекладине наружной рамки к ее середине припаяйте крючок из проволоки, за который наш прибор можно будет подвесить. Когда все будет готово, прибор подвесьте. Нужно добиться, чтобы внутренняя рамка с волчком висела ровно, без перекосов.
Приступим к опыту. С помощью тонкой бечевки раскрутите волчок. Он будет вращаться в том положении, в каком вы его запустили. Когда он остановится, привяжите к низу внутренней рамки грузик и, повернув ее в наклонное положение, снова запустите волчок. Грузик будет стараться повернуть рамку, то есть поставить ось вращающегося волчка вертикально. Произойдет то, что происходит с Землей, которую Солнце и Луна «стремятся» поставить на орбите прямо, без наклона оси. Обе рамки начнут с самого момента запуска волчка вращаться вокруг шнурка, на котором они подвешены. Шнурок стал осью прецессии волчка.
Прецессионное движение нашего прибора продолжается недолго. После его окончания начинается вращение в противоположную сторону — из-за трения в подшипниках и раскручивания шнурка.
Незаметная скорость
Итак, мы с вами живем на гигантском волчке. Но мы не замечаем той огромной скорости, с которой Земля несется по своей орбите вокруг Солнца. Не замечаем мы и скорости, с которой поверхность Земли вращается вокруг своей оси.
Правда, мы знаем, что весна сменяет зиму, лето — весну, осень — лето, а зима приходит на смену осени. Эти смены времен года происходят постепенно, мы к ним привыкли и не связываем их со скоростью Земли вокруг Солнца, равной в среднем 29,765 километра в секунду. Эта цифра нам мало что говорит. Мы привыкли измерять скорости в километрах в час.
Пешеход может идти со скоростью шесть километров в час. Автомашина и поезд обычно развивают 40—100 километров в час. Самолеты перевозят пассажиров со скоростью от 300 до 800 и больше километров в час. Скорость самолетов постепенно растет, уже летают самолеты быстрее звука, то есть со скоростью больше 1200 километров в час. Наши космические корабли, летающие вокруг Земли, делают 28 400 километров в час.
Земля же летит по своей орбите вокруг Солнца со скоростью 107 154 километра в час!
А вращение Земли вокруг своей оси? Здесь самая большая скорость на экваторе — она равна 1674 километрам в час.
Этих скоростей мы с вами совсем не ощущаем.
Доказательство вращения Земли
Хотя в XIX веке никто из образованных людей уже не сомневался, что Земля вращается вокруг своей оси, а не Солнце вокруг нее, известный французский ученый Леон Фуко поставил в 1851 году опыт, который наглядно показывал вращение Земли.
Для своего опыта Фуко воспользовался свойством маятника сохранять плоскость своего качания даже в том случае, если место его подвеса вращается вокруг вертикальной оси.
В здании Пантеона в Париже Фуко подвесил маятник длиной 67 метров. Медный шар этого маятника весил 28 килограммов.
Когда маятник в Пантеоне был запущен, то через несколько минут было обнаружено, что плоскость качания маятника изменилась, ее ближняя к наблюдателю сторона передвинулась по часовой стрелке с востока на запад. На самом же деле плоскость качания маятника осталась прежней. За это время повернулась Земля с запада на восток.