Юный техник, 2011 № 07

Журнал Юный техник

Если у вас есть покупная юла, проведите опыты с ней. Если нет, простейший волчок можно сделать за несколько минут своими руками. Начертите циркулем и вырежьте ножницами из картона толщиной 2–3 мм кружок диаметром 5–6 см, проделайте шилом в центре его отверстие. Вставьте в него круглую палочку или даже спичку с обломленной головкой и заостренным концом.

Ваш волчок готов.

Запустите его, и вы увидите, что волчок при вращении покачивается. При этом верхний конец его оси описывает в пространстве конус. Это движение оси вокруг вертикали, проходящей через точку опоры волчка, называется прецессией.

Примерно так же и земная ось — вернее, та воображаемая линия, вокруг которой вращается наша планета, — тоже описывает прецессию. Причем верхняя «половина» земной оси описывает конус, вершина которого в центре Земли. И нижняя половина земной оси делает то же самое. Таким образом, по сути дела, земная ось описывает два конуса, обращенных вершинами друг к другу.

Заметьте: ось волчка, запущенного на столе, описывает конус прецессии из-за того, что земное притяжение стремится опрокинуть волчок, что и происходит, как только он прекратит свое вращение. А что вызывает прецессию земной оси? Ведь Земля летит свободно в мировом пространстве. Солнце крепко держит ее на орбите силой притяжения.

Если раскрутить на веревке помещенный в сетку мячик, он сам по себе крутиться вокруг собственной оси не будет. И прецессии никакой мы у него не заметим. Так в чем же причина образования прецессии у Земли? Эту загадку разгадал знаменитый английский физик Исаак Ньютон.

Для того чтобы познакомиться с этой причиной, известный популяризатор науки Флорентий Владимирович Рабиза еще тридцать с лишним лет тому назад советовал сделать следующее.

Выпилите из фанеры толщиной 4–5 мм диск диаметром примерно 30 см. Просверлите в центре его отверстие диаметром около 3 мм. Пропустите в отверстие петлю из сложенного вдвое шпагата. Просуньте с нижней стороны диска в веревочную петлю скрепку или палочку с таким расчетом, чтобы диск мог повиснуть на скрученном шпагате горизонтально.

Далее вырежьте из ватмана или тонкого картона полоску 60 см длиной и 2,5 см шириной. Склейте концы полоски, чтобы образовалось кольцо диаметром 18–19 см. Проделайте в середине полоски два отверстия, расположенные одно напротив другого по диаметру кольца. Пропустите в эти отверстия скрученные концы шпагата, на котором подвешен диск.

Одно отверстие сделайте в месте склейки полоски. Второе отверстие в полоске должно быть несколько побольше, чтобы шпагат проходил сквозь него свободно, без задержки. Наденьте картонное кольцо на шпагат так, чтобы склеенная часть кольца соприкасалась с фанерным диском. Приклейте картонное кольцо к фанере. Этот фанерный диск нужно подвесить строго горизонтально и так, чтобы бумажное кольцо оставалось круглым. При этом верхний край картонного кольца должен свободно перемещаться по шпагату вверх-вниз. Над кольцом на шпагате закрепите маленький хомутик из черной бумаги. Он должен сидеть плотно, но так, чтобы в случае необходимости его можно было передвинуть вверх-вниз по шпагату.

Теперь приступим к опыту.

Вставьте пониже верхней точки подвеса вашего прибора между веревками еще одну круглую палочку и хорошо закрутите диск с картонным кольцом. Когда вы его отпустите, он начнет быстро вертеться в обратную сторону на раскручивающихся веревках. Когда диск хорошо раскрутится, станет видно, что картонное кольцо немного сплющилось.

Этот опыт иллюстрирует, почему наша планета — вовсе не идеальный шар. Радиус Земли, проведенный от ее полюса до центра, отличается от «экваториального радиуса» на 21,383 км. А по расчетам Исаака Ньютона эта разница составляла 24 километра.

Ньютон полагал, что «раздувание» Земли у экватора произошло, когда она находилась в размягченном состоянии, постепенно превращаясь из жидкого огненного шара в твердую планету.

А вот почему она крутится вокруг собственной оси и ее ось наклонена к плоскости эклиптики (плоскости вращения вокруг Солнца) под углом 66 33,5’, у ученых есть несколько объяснений. Так, согласно одной из гипотез, импульс вращения вокруг собственной оси Земля, как и другие планеты, получила в процессе формирования Солнечной системы из некоего плазменно-пылевого облака. Наклон же оси наша планета получила в результате соударения с другим небесным телом, например, с Луной.

Сейчас же, поскольку из-за облачного покрова Земля неравномерно прогревается днем и остывает ночью, из-за землетрясений, океанических течений и иных причин она все время смещает свой центр тяжести, то и вращение ее вокруг собственной оси идет не совсем равномерно. Кроме того, имея дисбаланс вращения, наша планета и качается, словно волчок, из стороны в сторону. Наконец, на Землю действует своим притяжением и Луна.

Кстати…

НЕЗАМЕТНЫЕ СКОРОСТИ

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 Земля вращается вокруг своей оси.

Между тем, Земля несется вокруг Солнца со скоростью 29,765 км/с, или около 108 000 км/ч. Для сравнения: лучшие самолеты развивают скорость порядка 3000 км/ч, а искусственные спутники Земли — порядка 8 км/с.

Вращение же Земли вокруг своей оси приводит к тому, что жители экваториального пояса, сами того не замечая, мчатся со скоростью 1674 км/ч!

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Индикатор радиоактивности

После аварии на японской атомной электростанции «Фукусима» индикаторы радиации (дозиметры) исчезли у нас из продажи или очень сильно подорожали, поскольку возникли подозрения, что из Японии могут поступать автозапчасти, морепродукты и другие товары, несущие следы радиации. В то же время, ничего сложного в индикаторе радиоактивности нет, и сделать его может каждый, кто умеет держать в руках паяльник.

Сначала несколько слов о радиоактивном распаде и вредных излучениях, которые его сопровождают. Радиоактивные излучения (радиацию) делят на три основных вида: , , и . Альфа-частицы (ядра гелия) самые медленные и тяжелые — их задерживает даже тонкий лист бумаги. Бета-частицы (электроны) легче, быстрее и имеют уже значительную проникающую способность. Гамма-кванты (порции электромагнитного излучения) летят со скоростью света и обнаруживаются на расстояниях многих метров от радиоактивного источника. Есть и множество других частиц, наблюдаемых при радиоактивном распаде и несущих опасность разной степени.