نحن نعيش على الأرض ، ونتحرك على طول سطحها ، كما لو كان على طول حافة جرف صخري يرتفع فوق هاوية لا قاع لها. نحن على حافة الهاوية هذه فقط من خلال ما يؤثر علينا. جاذبية الأرض؛ نحن لا نسقط من على سطح الأرض لمجرد أن لدينا ، كما يقولون ، بعض الوزن المعين. سنطير على الفور من هذا "الجرف" ونطير بسرعة إلى هاوية الفضاء إذا توقفت قوة الجاذبية على كوكبنا فجأة عن العمل. كنا نندفع إلى ما لا نهاية في هاوية الفضاء العالمي ، ولا نعرف لا لأعلى ولا لأسفل.
حركة الأرض
له الحركة على الأرضنحن أيضًا مدينون للجاذبية. نسير على الأرض ونتغلب باستمرار على مقاومة هذه القوة ، نشعر بعملها ، مثل بعض الأحمال الثقيلة على أقدامنا. هذا "الحمل" يجعل نفسه محسوسًا بشكل خاص عند تسلق جبل ، عندما تضطر إلى جره ، مثل نوع من الأوزان الثقيلة التي تتدلى من قدميك. لا يقل تأثيره بشكل حاد عند نزول الجبل ، مما يجبرنا على الإسراع بخطواتنا.
هذه الاتجاهات - "لأعلى" و "لأسفل" - يتم توضيحها لنا فقط عن طريق الجاذبية. في جميع النقاط الموجودة على سطح الأرض ، يتم توجيهها تقريبًا إلى مركز الأرض. لذلك ، فإن مفهومي "القاع" و "الأعلى" سيكونان متعارضين تمامًا مع ما يسمى الأضداد ، أي الأشخاص الذين يعيشون على أجزاء متقابلة تمامًا من سطح الأرض. على سبيل المثال ، الاتجاه الذي يظهر "أسفل" بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في موسكو ، بالنسبة لسكان تييرا ديل فويغو يظهر "لأعلى". الاتجاهات التي تظهر "لأسفل" للأشخاص عند القطب وعند خط الاستواء تصنع زاوية قائمة ؛ هم عموديون على بعضهم البعض.
خارج الأرض ، عند الابتعاد عنها ، تقل قوة الجاذبية ، حيث تقل قوة الجاذبية (قوة جاذبية الأرض ، مثل أي جسم عالمي آخر ، تمتد إلى أجل غير مسمى بعيدًا في الفضاء) وتزداد قوة الطرد المركزي مما يقلل من قوة الجاذبية. لذلك ، كلما رفعنا بعض الحمل ، على سبيل المثال ، في بالون ، قل وزن هذا الحمل.
قوة الطرد المركزي للأرض
بسبب الدوران النهاري ، قوة الطرد المركزي للأرض. تعمل هذه القوة في كل مكان على سطح الأرض في اتجاه عمودي على محور الأرض وبعيدًا عنه. قوة الطرد المركزيصغير مقارنة بـ جاذبية. عند خط الاستواء ، تصل إلى أكبر قيمة لها. ولكن حتى هنا ، وفقًا لحسابات نيوتن ، فإن قوة الطرد المركزي هي فقط 1/289 من قوة الجذب. كلما ابتعد الشمال عن خط الاستواء ، قلت قوة الطرد المركزي. في القطب ذاته هو صفر.
في بعض الارتفاع قوة الطرد المركزيستزداد كثيرًا بحيث تكون مساوية لقوة الجذب ، وستصبح قوة الجاذبية أولاً مساوية للصفر ، وبعد ذلك ، مع زيادة المسافة من الأرض ، ستأخذ قيمة سالبة وستزداد باستمرار ، يتم توجيهها في الاتجاه المعاكس فيما يتعلق بالأرض.
جاذبية
تسمى القوة الناتجة لجذب الأرض وقوة الطرد المركزي جاذبية. ستكون قوة الجاذبية في جميع النقاط على سطح الأرض هي نفسها إذا كانت الكرة دقيقة ومنتظمة تمامًا ، وإذا كانت كتلتها بنفس الكثافة في كل مكان ، وأخيراً ، إذا لم يكن هناك دوران يومي حول المحور.
ولكن ، بما أن أرضنا ليست كرة عادية ، فهي لا تتكون في جميع أجزائها من الصخور بنفس الكثافة وتدور طوال الوقت ، لذلك ، تختلف الجاذبية قليلاً عند كل نقطة على سطح الأرض.
لذلك ، في كل نقطة على سطح الأرض يعتمد حجم الجاذبية على مقدار قوة الطرد المركزي التي تقلل من قوة الجذب ، على كثافة صخور الأرض والمسافة من مركز الأرض. كلما زادت هذه المسافة ، قلت الجاذبية. يعتبر نصف قطر الأرض ، الذي يقع في أحد طرفيه مقابل خط الاستواء ، الأكبر. إن أنصاف الأقطار التي تكون نقطة القطب الشمالي أو الجنوبي هي الأصغر. لذلك ، فإن جميع الأجسام عند خط الاستواء أقل جاذبية (وزنًا أقل) منها عند القطب.
ومن المعروف أن تكون الجاذبية عند القطب أكبر منها عند خط الاستواء بمقدار 1/289.
يمكن إيجاد هذا الاختلاف في جاذبية نفس الأجسام عند خط الاستواء والقطب من خلال وزنها بميزان زنبركي. إذا قمنا بوزن الأجسام بمقاييس بأوزان ، فلن نلاحظ هذا الاختلاف. سيظهر الميزان نفس الوزن عند القطب وعند خط الاستواء ؛ الأوزان ، مثل الأجسام التي يتم وزنها ، ستتغير بالطبع أيضًا في الوزن.
لنفترض أن السفينة التي تحمل حمولة تزن في المناطق القطبية ، بالقرب من القطب ، حوالي 289 ألف طن. عند الوصول إلى الموانئ القريبة من خط الاستواء ، تزن السفينة التي تحمل حمولة حوالي 288 ألف طن فقط. وهكذا ، عند خط الاستواء ، فقدت السفينة حوالي ألف طن من الوزن.
يتم الاحتفاظ بجميع الأجسام على سطح الأرض فقط بسبب تأثير الجاذبية عليها. في الصباح ، عند النهوض من السرير ، لا يمكنك إنزال قدميك على الأرض فقط لأن هذه القوة تسحبها إلى أسفل.
الجاذبية داخل الأرض
دعونا نرى كيف يتغير الجاذبية داخل الأرض. كلما تعمقنا في الأرض ، تزداد قوة الجاذبية باستمرار حتى عمق معين. على عمق حوالي ألف كيلومتر ، سيكون للجاذبية قيمة قصوى (أعظم) وستزيد مقارنة بمتوسط قيمتها على سطح الأرض (9.81 م / ث) بحوالي خمسة بالمائة. مع مزيد من التعمق ، ستنخفض قوة الجاذبية باستمرار وستكون في مركز الأرض صفرًا.
افتراضات بخصوص دوران الأرض
ملكنا الأرض تدوريقوم بعمل ثورة كاملة على محوره خلال 24 ساعة. من المعروف أن قوة الطرد المركزي تزداد بما يتناسب مع مربع السرعة الزاوية.
لذلك ، إذا عجلت الأرض من دورانها حول محورها 17 مرة ، فإن قوة الطرد المركزي ستزداد 17 ضعفًا مربعًا ، أي 289 مرة. في الظروف العادية ، كما ذكرنا سابقًا ، تكون قوة الطرد المركزي عند خط الاستواء 1/289 من قوة الجاذبية. مع زيادة 17 مرة من قوة الجذب وقوة الطرد المركزي متساوية. ستكون قوة الجاذبية - الناتجة عن هاتين القوتين - مع مثل هذه الزيادة في سرعة الدوران المحوري للأرض مساوية للصفر.
تسمى سرعة دوران الأرض حول محورها بالحرجة ، لأنه في مثل هذه السرعة لدوران كوكبنا ، ستفقد جميع الأجسام عند خط الاستواء وزنها. ستكون مدة اليوم في هذه الحالة الحرجة حوالي ساعة و 25 دقيقة. مع زيادة تسارع دوران الأرض ، ستفقد جميع الأجسام (بشكل أساسي عند خط الاستواء) وزنها أولاً ، ثم يتم إلقاؤها في الفضاء بواسطة قوة الطرد المركزي ، وستتمزق الأرض نفسها بنفس القوة.
سيكون استنتاجنا صحيحًا إذا كانت الأرض جسمًا صلبًا تمامًا ، وعند تسريع حركتها الدورانية ، لن تغير شكلها ، بمعنى آخر ، إذا احتفظ نصف قطر خط الاستواء بقيمته. لكن من المعروف أنه مع تسارع دوران الأرض ، سيتعين على سطحه أن يخضع لبعض التشوه: سيبدأ في الانكماش في اتجاه القطبين والتوسع في اتجاه خط الاستواء ؛ سوف يأخذ مظهرًا مسطحًا أكثر فأكثر. سيبدأ بعد ذلك طول نصف قطر خط الاستواء في الزيادة وبالتالي زيادة قوة الطرد المركزي.
وهكذا ، ستفقد الأجسام عند خط الاستواء وزنها قبل أن تزداد سرعة دوران الأرض بمقدار 17 مرة ، وستأتي الكارثة مع الأرض قبل اليوم وستقلل مدتها إلى ساعة و 25 دقيقة. بعبارة أخرى ، ستكون السرعة الحرجة لدوران الأرض أقل إلى حد ما ، وسيكون الحد الأقصى لطول اليوم أطول إلى حد ما.
تخيل عقليًا أن سرعة دوران الأرض ، بسبب بعض الأسباب غير المعروفة ، ستقترب من السرعة الحرجة. ماذا سيحدث بعد ذلك لسكان الأرض؟
بادئ ذي بدء ، سيكون اليوم في كل مكان على الأرض ، على سبيل المثال ، حوالي ساعتين أو ثلاث ساعات. الليل والنهار سوف يتغيران بسرعة. الشمس ، كما في القبة السماوية ، ستتحرك بسرعة كبيرة عبر السماء ، وبمجرد أن تستيقظ وتغتسل ، ستختفي بالفعل خلف الأفق ، وسيحل الليل محلها. لن يتنقل الأشخاص بدقة في الوقت المناسب. لن يعرف أحد ما هو اليوم من الشهر وأي يوم من أيام الأسبوع هو. ستكون الحياة البشرية الطبيعية غير منظمة.
ستتباطأ ساعات البندول ثم تتوقف في كل مكان. إنهم يمشون لأن الجاذبية تؤثر عليهم. في الواقع ، في حياتنا اليومية ، عندما يبدأ "المشاة" بالتخلف أو الاندفاع ، فمن الضروري تقصير أو إطالة بندولهم ، أو حتى تعليق بعض الوزن الإضافي على البندول.
ستفقد الأجسام عند خط الاستواء وزنها. في ظل هذه الظروف الخيالية ، سيكون من السهل رفع الأجسام الثقيلة جدًا. لن يكون من الصعب تحمل حصان أو فيل أو حتى رفع منزل بأكمله. سوف تفقد الطيور قدرتها على الهبوط. هنا قطيع من العصافير يدور فوق حوض بالماء. إنهم يغردون بصوت عالٍ ، لكنهم غير قادرين على النزول. حفنة من الحبوب التي ألقاها من قبله ستتدلى على الأرض في حبيبات منفصلة.
دعنا ، علاوة على ذلك ، سرعة دوران الأرض تقترب أكثر فأكثر من السرعة الحاسمة. كوكبنا مشوه بشدة ويأخذ مظهرًا مسطحًا بشكل متزايد. يتم تشبيهه بدوار دائري سريع الدوران ويهدد بالتخلص من سكانه.
عندئذٍ ستتوقف الأنهار عن التدفق. ستكون مستنقعات طويلة راكدة. بالكاد تلمس سفن المحيط الضخمة سطح الماء بقيعانها ، ولن تتمكن الغواصات من الغوص في أعماق البحار ، وستسبح الأسماك والحيوانات البحرية على سطح البحار والمحيطات ، ولن يعودوا قادرين على ذلك. للاختباء في أعماق البحر. لن يتمكن البحارة بعد الآن من الرسو ، ولن يمتلكوا دفة سفنهم بعد الآن ، وستقف السفن الكبيرة والصغيرة بلا حراك.
هذه صورة خيالية أخرى.
قطار سكة حديد الركاب يقف في المحطة. تم إطلاق الصافرة بالفعل ؛ يجب أن يغادر القطار. اتخذ السائق جميع الإجراءات اللازمة. يقوم الموقد بإلقاء الفحم بسخاء في الفرن. شرارات كبيرة تتطاير من مدخنة قاطرة بخارية. العجلات تدور بشكل يائس. لكن القاطرة لا تزال قائمة. عجلاته لا تلمس القضبان ولا يوجد احتكاك بينها. ستأتي اللحظة التي لن يتمكن فيها الناس من النزول إلى الأرض ؛ سوف يلتصقون بالسقف كالذباب.
دع سرعة دوران الأرض تستمر في الزيادة. قوة الطرد المركزي تتفوق أكثر فأكثر في حجمها على قوة الجاذبية ... ثم يتم إلقاء الناس والحيوانات والأدوات المنزلية والمنازل وجميع الكائنات على الأرض وعالمها الحيواني بأكمله في الفضاء العالمي.
ستنفصل القارة الأسترالية عن الأرض وتتدلى في الفضاء مثل سحابة سوداء هائلة. سوف تطير إفريقيا في أعماق الهاوية الصامتة ، بعيدًا عن الأرض. ستتحول مياه المحيط الهندي إلى عدد كبير من القطرات الكروية وستطير أيضًا إلى مسافات لا حدود لها. البحر الأبيض المتوسط ، قبل أن يتاح له الوقت ليتحول إلى تراكمات عملاقة من القطرات ، سينفصل عن القاع بكامل سمكه المائي ، بحيث يمكن المرور بحرية من نابولي إلى الجزائر العاصمة.
أخيرًا ، ستزداد سرعة الدوران كثيرًا ، وستزداد قوة الطرد المركزي كثيرًا بحيث يتمزق الأرض بأكملها.
ومع ذلك ، هذا لا يمكن أن يحدث أيضا. سرعة دوران الأرض ، كما قلنا أعلاه ، لا تزيد ، بل على العكس من ذلك ، تتناقص قليلاً - ومع ذلك ، فهي صغيرة جدًا ، كما نعلم بالفعل ، في غضون 50 ألف عام تزداد مدة اليوم. ثانية واحدة فقط. بعبارة أخرى ، تدور الأرض الآن بهذه السرعة الضرورية لتزدهر نباتات وحيوانات كوكبنا تحت أشعة الشمس التي تمنح الحياة للسعرات الحرارية لآلاف السنين.
قيمة الاحتكاك
دعونا نرى الآن ماذا الاحتكاك مهموماذا سيحدث لو لم يكن هناك. من المعروف أن الاحتكاك له تأثير ضار على ملابسنا: فالمعاطف تتلف الأكمام أولاً ، وتضع نعل الأحذية ، لأن الأكمام والنعل أكثر عرضة للاحتكاك. لكن تخيل للحظة أن سطح كوكبنا كان ، كما كان ، مصقولًا جيدًا وسلسًا تمامًا ، وستستبعد إمكانية الاحتكاك. هل يمكننا السير على مثل هذا السطح؟ بالطبع لا.
يعلم الجميع أنه حتى على الجليد وعلى الأرض المحترقة ، من الصعب جدًا المشي وعليك توخي الحذر حتى لا تسقط. لكن سطح الجليد والأرضية المفككة لا يزالان بهما بعض الاحتكاك.
إذا اختفت قوة الاحتكاك على سطح الأرض ، فستسود فوضى لا توصف على كوكبنا إلى الأبد. إذا لم يكن هناك احتكاك ، سيهيج البحر إلى الأبد ولن تهدأ العاصفة أبدًا. لن تتوقف الأعاصير الرملية عن التعلق فوق الأرض ، وسوف تهب الرياح باستمرار. سوف تختلط الأصوات اللحنية للبيانو والكمان والزئير الرهيب للحيوانات المفترسة وتنتشر في الهواء إلى ما لا نهاية.
في غياب الاحتكاك ، لن يتوقف الجسم المتحرك أبدًا. على سطح الأرض الأملس تمامًا ، ستختلط الأجسام والأشياء المختلفة إلى الأبد في مجموعة متنوعة من الاتجاهات. سيكون الأمر سخيفًا ومأساويًا هو عالم الأرض ، إذا لم يكن هناك احتكاك وجاذبية للأرض.
