Žijeme na Zemi, pohybujeme sa po jej povrchu, akoby po okraji nejakého skalnatého brala, ktoré sa týči nad bezodnou priepasťou. Na tomto okraji priepasti nás drží len to, čo sa nás dotýka. zemská príťažlivosť; nepadáme z povrchu zemského len preto, že máme, ako sa hovorí, nejakú istú váhu. Okamžite by sme zleteli z tohto „útesu“ a rýchlo by sme leteli do priepasti vesmíru, keby gravitačná sila našej planéty náhle prestala pôsobiť. Nekonečne by sme sa ponáhľali v priepasti svetového priestoru, nepoznajúc ani hore, ani dole.
Zemská lokomócia
Jeho pohyb na zemi aj my za to vďačíme gravitácii. Kráčame po Zemi a neustále prekonávame odpor tejto sily, cítime jej pôsobenie ako nejaké ťažké bremeno na nohách. Toto „zaťaženie“ je cítiť najmä pri výstupe na horu, keď ho musíte ťahať, ako nejaké ťažké závažia visiace z vašich nôh. Nemenej ostro ovplyvňuje pri zostupe z hory, čo nás núti zrýchliť kroky.
Tieto smery – „hore“ a „dole“ – nám naznačuje iba gravitácia. Vo všetkých bodoch zemského povrchu smeruje takmer do stredu Zeme. Preto budú pojmy „dole“ a „hore“ diametrálne odlišné pre takzvaných antipódov, teda ľudí žijúcich na diametrálne odlišných častiach zemského povrchu. Napríklad smer, ktorý pre tých, ktorí žijú v Moskve, ukazuje „dole“, pre obyvateľov Ohňovej zeme ukazuje „hore“. Smery ukazujúce „dole“ pre ľudí na póle a na rovníku tvoria pravý uhol; sú na seba kolmé.
Mimo Zeme, keď sa od nej vzďaľuje, gravitačná sila klesá, pretože sila príťažlivosti klesá (sila príťažlivosti Zeme, podobne ako sila akéhokoľvek iného svetového telesa, siaha do nekonečna ďaleko vo vesmíre) a zvyšuje sa odstredivá sila. , čo znižuje gravitačnú silu. Čím vyššie teda zdvihneme nejakú záťaž, napríklad v balóne, tým menej bude táto záťaž vážiť.
Odstredivá sila Zeme
V dôsledku dennej rotácie, odstredivá sila zeme. Táto sila pôsobí všade na povrchu Zeme v smere kolmom na zemskú os a preč od nej. Odstredivá sila malý v porovnaní s gravitácia. Na rovníku dosahuje svoju najväčšiu hodnotu. Ale aj tu je podľa Newtonových výpočtov odstredivá sila len 1/289 sily príťažlivosti. Čím ďalej na sever od rovníka, tým je odstredivá sila menšia. Na samom póle je to nula.
V nejakej výške odstredivá sila sa zväčší natoľko, že sa bude rovnať príťažlivej sile a gravitačná sila sa najskôr bude rovnať nule a potom so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od Zeme nadobudne zápornú hodnotu a bude sa neustále zvyšovať podľa smeru v opačnom smere vzhľadom na Zem.
Gravitácia
Výsledná sila príťažlivosti Zeme a odstredivá sila sa nazýva gravitácia. Gravitačná sila vo všetkých bodoch zemského povrchu by bola rovnaká, keby naša úplne presná a pravidelná guľa, keby jej hmotnosť mala všade rovnakú hustotu a napokon, keby neexistovala denná rotácia okolo osi.
Ale keďže naša Zem nie je obyčajná guľa, nepozostáva vo všetkých svojich častiach z hornín rovnakej hustoty a neustále sa otáča, potom teda gravitácia v každom bode zemského povrchu je mierne odlišná.
Preto na každom mieste zemského povrchu veľkosť gravitácie závisí od veľkosti odstredivej sily, ktorá znižuje príťažlivú silu, od hustoty zemských hornín a vzdialenosti od stredu zeme. Čím väčšia je táto vzdialenosť, tým menšia je gravitácia. Polomery Zeme, ktoré sa na jednom konci akoby opierajú o zemský rovník, sú najväčšie. Polomery, ktoré majú na svojom konci bod severného alebo južného pólu, sú najmenšie. Preto všetky telesá na rovníku majú menšiu gravitáciu (menšiu hmotnosť) ako na póle.
To je známe gravitácia je väčšia na póle ako na rovníku o 1/289.
Tento rozdiel v gravitácii tých istých telies na rovníku a na póle možno zistiť ich vážením pomocou pružinovej váhy. Ak vážime telá na váhach so závažím, tak tento rozdiel nezbadáme. Váha ukáže rovnakú hmotnosť na póle aj na rovníku; závažia, rovnako ako telá, ktoré sa vážia, sa samozrejme tiež zmenia na hmotnosti.
Predpokladajme, že loď s nákladom váži v polárnych oblastiach, blízko pólu, asi 289 tisíc ton. Po príchode do prístavov pri rovníku bude loď s nákladom vážiť len asi 288 000 ton. Na rovníku tak loď stratila asi tisíc ton na hmotnosti.
Všetky telesá sa držia na zemskom povrchu len vďaka tomu, že na ne pôsobí gravitácia. Ráno, keď vstanete z postele, ste schopní spustiť nohy na podlahu len preto, že ich táto sila stiahne.
Gravitácia vo vnútri Zeme
Pozrime sa, ako sa to zmení gravitácie vo vnútri zeme. Ako ideme hlbšie do Zeme, gravitačná sila neustále rastie až do určitej hĺbky. V hĺbke okolo tisíc kilometrov bude mať gravitácia maximálnu (najväčšiu) hodnotu a vzrastie oproti svojej priemernej hodnote na zemskom povrchu (9,81 m/s) približne o päť percent. S ďalším prehlbovaním bude gravitačná sila plynulo klesať a v strede Zeme sa bude rovnať nule.
Predpoklady týkajúce sa rotácie Zeme
náš zem otáčajúca sa urobí kompletnú otáčku na svojej osi za 24 hodín. Je známe, že odstredivá sila sa zvyšuje v pomere k druhej mocnine uhlovej rýchlosti.
Ak teda Zem zrýchli svoju rotáciu okolo svojej osi 17-krát, potom sa odstredivá sila zvýši 17-krát na druhú, teda 289-krát. Za normálnych podmienok, ako je uvedené vyššie, je odstredivá sila na rovníku 1/289 gravitačnej sily. S nárastom 17-násobok príťažlivej sily a odstredivej sily sú rovnaké. Gravitačná sila - výslednica týchto dvoch síl - sa pri takomto zvýšení rýchlosti osovej rotácie Zeme bude rovnať nule.
Táto rýchlosť rotácie Zeme okolo svojej osi sa nazýva kritická, pretože pri takejto rýchlosti rotácie našej planéty by všetky telesá na rovníku stratili svoju váhu. Dĺžka dňa v tomto kritickom prípade bude približne 1 hodina a 25 minút. Pri ďalšom zrýchľovaní rotácie Zeme všetky telesá (predovšetkým na rovníku) najskôr stratia svoju váhu a následne ich odstredivá sila vymrští do vesmíru a rovnakou silou sa roztrhne aj samotná Zem.
Náš záver by bol správny, keby Zem bola absolútne tuhým telesom a pri zrýchľovaní svojho rotačného pohybu by nemenila svoj tvar, inými slovami, keby si polomer zemského rovníka zachoval svoju hodnotu. Ale je známe, že so zrýchlením rotácie Zeme bude musieť jej povrch prejsť určitou deformáciou: začne sa zmenšovať v smere k pólom a rozťahovať sa v smere k rovníku; bude nadobudnúť čoraz sploštenejší vzhľad. Dĺžka polomeru zemského rovníka sa potom začne zväčšovať a tým sa zvýši odstredivá sila.
Telesá na rovníku teda stratia svoju váhu skôr, ako sa rýchlosť rotácie Zeme zvýši 17-krát, a katastrofa so Zemou príde skôr, ako deň skráti jej trvanie na 1 hodinu a 25 minút. Inými slovami, kritická rýchlosť rotácie Zeme bude o niečo nižšia a maximálna dĺžka dňa bude o niečo dlhšia.
V duchu si predstavte, že rýchlosť rotácie Zeme sa z nejakých neznámych dôvodov priblíži kritickej. Čo sa potom stane s obyvateľmi zeme?
Po prvé, všade na Zemi bude deň trvať napríklad dve alebo tri hodiny. Deň a noc sa kaleidoskopicky rýchlo zmení. Slnko sa ako v planetáriu bude pohybovať po oblohe veľmi rýchlo a len čo sa zobudíte a umyjete, zmizne už za obzorom a nahradí ho noc. Ľudia sa už nebudú presne orientovať v čase. Nikto nebude vedieť, aký je deň v mesiaci a aký je deň v týždni. Normálny ľudský život bude dezorganizovaný.
Kyvadlové hodiny všade spomalia a potom sa zastavia. Kráčajú, pretože na nich pôsobí gravitácia. Keď totiž v našom bežnom živote začnú „chodci“ zaostávať alebo sa ponáhľať, vtedy je potrebné ich kyvadlo skrátiť alebo predĺžiť, prípadne na kyvadlo zavesiť nejaké ďalšie závažie.
Telesá na rovníku stratia svoju váhu. Za týchto imaginárnych podmienok bude ľahké zdvihnúť veľmi ťažké telá. Nebude ťažké zložiť koňa, slona alebo dokonca zdvihnúť celý dom. Vtáky stratia schopnosť pristáť. Nad korytom s vodou krúži kŕdeľ vrabcov. Hlasno cvrlikajú, ale nedokážu zostúpiť. Hrsť obilia, ktoré by hodil, by visela nad Zemou v samostatných zrnách.
Nech sa rýchlosť rotácie Zeme stále viac blíži ku kritickej rýchlosti. Naša planéta je silne deformovaná a nadobúda čoraz sploštenejší vzhľad. Je prirovnávaný k rýchlo rotujúcemu kolotoču a hrozí, že zhodí svojich obyvateľov.
Rieky potom prestanú tiecť. Budú to dlhé stagnujúce močiare. Obrovské zaoceánske lode sa dnom sotva dotknú vodnej hladiny, ponorky sa nebudú môcť ponoriť do morských hlbín, ryby a morské živočíchy budú plávať na hladine morí a oceánov, už nebudú môcť skryť sa v hlbinách mora. Námorníci už nebudú môcť zakotviť, už nebudú vlastniť kormidlá svojich lodí, veľké a malé lode budú stáť nehybne.
Tu je ďalší imaginárny obrázok.
Osobný železničný vlak stojí na stanici. Už bolo odpískané; vlak musí odísť. Vodič vykonal všetky potrebné opatrenia. Topič veľkoryso hádže uhlie do pece. Z komína parnej lokomotívy lietajú veľké iskry. Kolesá sa zúfalo točia. Lokomotíva však stojí. Jeho kolesá sa nedotýkajú koľajníc a nedochádza medzi nimi k treniu. Príde okamih, keď ľudia nebudú môcť klesnúť na podlahu; budú sa držať ako muchy stropu.
Nech sa rýchlosť rotácie Zeme neustále zvyšuje. Odstredivá sila je svojou veľkosťou čoraz väčšia ako sila príťažlivosti... Potom budú ľudia, zvieratá, domáce potreby, domy, všetky predmety na Zemi, celý jej živočíšny svet vrhnutý do svetového priestoru.
Austrálsky kontinent sa oddelí od Zeme a bude visieť vo vesmíre ako kolosálny čierny mrak. Afrika odletí do hlbín tichej priepasti, preč od Zeme. Vody Indického oceánu sa premenia na obrovské množstvo guľovitých kvapiek a poletia aj do bezhraničných diaľok. Stredozemné more, skôr ako sa stihlo premeniť na obrovské hromady kvapiek, sa oddelí od dna celou svojou hrúbkou vody, po ktorej bude možné voľne prejsť z Neapola do Alžíru.
Napokon sa rýchlosť rotácie natoľko zvýši, odstredivá sila sa zväčší natoľko, že sa celá Zem roztrhne.
Ani to sa však nemôže stať. Rýchlosť rotácie Zeme, ako sme povedali vyššie, sa nezvyšuje, ale naopak, dokonca sa trochu znižuje - je však taká malá, že, ako už vieme, o 50 000 rokov sa trvanie dňa zvyšuje. iba o jednu sekundu. Inými slovami, Zem sa teraz otáča takou rýchlosťou, ktorá je potrebná na to, aby flóra a fauna našej planéty prekvitala pod výhrevnými, životodarnými lúčmi Slnka po mnoho tisícročí.
Hodnota trenia
Pozrime sa teraz čo trenie záleží a čo by sa stalo, keby tam nebolo. Je známe, že trenie má škodlivý vplyv na naše oblečenie: kabáty najskôr opotrebúvajú rukávy a topánky podrážky, pretože rukávy a podrážky najviac podliehajú treniu. Predstavte si však na chvíľu, že povrch našej planéty bol akoby dobre vyleštený, dokonale hladký a možnosť trenia by bola vylúčená. Mohli by sme chodiť po takom povrchu? Samozrejme, že nie.
Každý vie, že aj po ľade a po ošúchanej podlahe sa chodí veľmi ťažko a treba si dávať pozor, aby ste nespadli. Ale povrch ľadu a drtená podlaha majú stále nejaké trenie.
Ak by trecia sila zmizla na povrchu Zeme, potom by na našej planéte navždy vládol neopísateľný chaos. Ak nedôjde k treniu, more bude zúriť navždy a búrka nikdy neustúpi. Pieskové tornáda neprestanú visieť nad Zemou a vietor bude neustále fúkať. Vzduchom sa budú donekonečna miešať a šíriť melodické zvuky klavíra, huslí a strašný rev dravých zvierat.
Bez trenia by sa teleso v pohybe nikdy nezastavilo. Na absolútne hladkom zemskom povrchu by sa rôzne telesá a predmety navždy miešali v najrôznejších smeroch. Smiešny a tragický by bol svet Zeme, keby neexistovalo trenie a príťažlivosť Zeme.
