Ф. Бублейников - Земля
У берегов Чёрного или Балтийского морей почти не замечается приливов и отливов. Уровень их в течение суток остаётся почти неизменным, так как это закрытые моря с небольшим количеством воды.
В Средиземном море уже наблюдаются приливы и отливы, хотя значительно меньшей силы, чем в океане.
Когда в океане во время прилива поднимается вода, то кажется, что на берег катится волна. Приливная волна подпирает воду впадающих в океан рек. Подъём воды наблюдается в таких реках далеко от их устья.
Морякам очень важно знать час наступления и высоту прилива. Поэтому люди потратили много труда, чтобы составить таблицы приливов и отливов в разных частях земной поверхности.
Приливы издавна привлекали внимание учёных. Ученые заметили, что прилив следует за суточным движением Луны, хотя и запаздывает иногда на несколько часов, вследствие трения между частицами воды (последнее доказано уже в наше время).
Объяснить причины приливов было очень трудно. Никто из учёных не мог понять этого явления, пока не был открыт закон всемирного тяготения. Только тогда стала проясняться тайна морских приливов и отливов. Оказалось, что это перемещение водных масс тесно связано с движением Земли и Луны в пространстве и с притяжением Луной вод океанов.
Вода океанов, находящихся на той стороне земного шара, которая обращена к Луне, испытывает притяжение Луны в наибольшей степени. Земля в целом вследствие того, что её центр находится дальше от Луны, чем океаны, обращённые к Луне, испытывает меньшее притяжение, и, следовательно, получает меньшее ускорение по направлению к Луне. А вода океанов, лежащих на противоположной от Луны стороне, притягивается ещё слабее и как бы отстаёт от земного шара, подвинувшегося к Луне больше, чем эти воды. Таким образом и получается, что на стороне, обращённой к Луне, и на противоположной стороне мы наблюдаем поднятие вод океанов, т. е. приливы.
Вследствие вращения Земли Луна совершает кажущееся суточное обращение вокруг неё. Волна прилива движется вслед за ней. Одновременно перемещается волна и на противоположной стороне Земли.
Приливообразующие силы влияют на частицы не только воды океанов, но и всей Земли. Но подвижные частицы воды легче поддаются им, чем частицы твёрдой Земли. Поэтому по поверхности твёрдой Земли и движется волна морского прилива.
Теперь представим себе, что Земля была бы жидким телом, то-есть её частицы не были бы связаны между собой.
Тогда прилив захватил бы жидкую Землю до большой глубины. По мере суточного движения Луны он перемещался бы вслед за ней.
Если бы мы посмотрели тогда на Землю «со стороны», то могли бы заметить, что она постоянно понемногу меняет форму, вытягиваясь по направлению к Луне.
Это изменение было бы, конечно, невелико. Земной диаметр увеличивался бы только на 130–180 сантиметров.
Твёрдая земная кора толщиной в несколько десятков километров не помешала бы изменению формы Земли. Под давлением изнутри она изгибалась бы, как тонкая резиновая оболочка.
Находясь на поверхности коры, покрывающей жидкую Землю, мы не смогли бы наблюдать движение отвеса, который всегда оставался бы перпендикулярным к земной поверхности.
Но если бы форма Земли вовсе не подвергалась изменению, то отклонение отвеса было бы заметно. Можно вычислить, что отвес длиной 120 километров отклонялся бы в этом случае на 1 сантиметр. Если бы можно было установить такой отвес, то его конец в течение суток вычерчивал бы замысловатую фигуру, следуя за суточным движением Луны (рис. 5).
Рис. 5. Кривая, которую описывал бы маятник (отвес) в течение суток под влиянием притяжения Луны. Цифрами указаны часы.
Однако спустить отвес с высоты 120 километров практически невозможно. Взамен его учёные придумали очень чувствительный прибор, позволяющий наблюдать изменение положения воображаемого очень длинного отвеса. С помощью этого прибора русский астроном А. Я. Орлов производил наблюдения на обсерватории в г. Юрьеве (ныне Тарту). Он установил, что в течение суток положение отвеса на земной поверхности меняется, но меньше чем показывает расчёт для Земли, не поддающейся изменению формы. Значит, Земля — твёрдое тело, но всё же немного поддающееся изменению формы под действием притяжения Луны и Солнца.
Твёрдая земная кора слегка «коробится», образуя под Луной бугор «твёрдого» прилива. Высота «твёрдого» прилива по вычислению учёных равна примерно 1/3 высоты волны прилива в открытом океане.
Мы не замечаем поднятия и опускания земной коры, совершающихся приблизительно через каждые 6 часов, так же как команда судна в открытом море не замечает поднятия воды: судно поднимается и опускается вместе с ней, и это плавное движение незаметно.
Когда же приливная волна поднимается возле берега, она становится заметной, так как берег неподвижен и уровень воды относительно него повышается.
Но, как уже было сказано, берег и дно моря также немного поддаются приливообразующим силам и поднимаются, хотя и меньше, чем вода океана. Вследствие этого видимое поднятие приливной волны кажется нам меньше, чем оно есть в действительности.
Как показывает расчёт, поднятие уровня воды в открытом океане могло бы достигать почти 0,8–0,9 метра, а на самом деле оно на 0,20–0,25 метра меньше.
Это уменьшение поднятия уровня океана происходит потому, что на 0,20–0,25 метра поднимается твёрдая земная кора.
По высоте «твёрдого» прилива можно судить о твёрдости Земли в делом.
Земля сопротивляется изменению её формы, как закалённая сталь. При этом Земля проявляет не только твёрдость, но и большую упругость: бугор «прилива» в твёрдой земной коре следует за видимым движением Луны без опоздания и немедленно же спадает, как только прекращается действие на него приливных сил.
Земля постоянно меняет форму, вытягиваясь по направлению к Луне под действием приливных сил. Но как только эти силы прекращаются в определённом направлении, она «выпрямляется», как сжатый резиновый мяч.
8. Вращение Земли
Как мы уже говорили, вращение Земли было открыто ещё в XVI веке, но доказано оно на опыте только в XIX веке.
Казалось бы, что, находясь на Земле, мы никак не можем заметить её вращения по каким-либо явлениям, происходящим на земной поверхности.
На самом же деле вращение Земли отражается на движениях тел на её поверхности. Это можно заметить.
Например, если сбросить шарик с высокой башни, то он немного отклонится от вертикали к востоку. Это произойдёт потому, что, находясь наверху башни, шарик при вращении Земли с запада на восток движется быстрее, чем основание башни. Падая, он сохраняет по инерции большую скорость своего движения и немного перегоняет земную поверхность.
Поэтому шарик и упадёт с отклонением от вертикали к востоку. Это отклонение, однако, невелико. Например, при падении с высоты колокольни Ивана Великого в Московском Кремле отклонение шарика к востоку должно быть менее 9 миллиметров.
В самом начале прошлого века этот опыт помог наглядно доказать вращение Земли. Позднее, в середине того же века, было сделано ещё одно замечательное наблюдение.
Из опыта было известно, что маятник стремится сохранить направление своих колебаний. Этот опыт может повторить каждый.
Подвесьте на тонкой нитке гайку или свинцовую пулю на стойке, которая может поворачиваться вокруг оси, проходящей через точку подвеса этого маятника.
При вращении стойки направление колебаний маятника останется неизменным.
Теперь представьте себе, что длинный тяжёлый маятник, могущий колебаться в течение нескольких часов, подвешен на полюсе Земли. И в этом случае маятник будет сохранять плоскость своих колебаний, а земная поверхность под ним будет вращаться.
Наблюдателю же, стоящему на вращающейся Земле, будет казаться, что поворачивается плоскость колебаний маятника, следуя за видимым суточным движением звёзд.
В средних широтах этот опыт был проделан впервые французским физиком Фуко в середине XIX века.
В наше время в Ленинграде в здании Исаакиевского собора был подвешен маятник длиной 98 метров. Так как Ленинград гораздо ближе к полюсу, чем Париж, где производил свой опыт Фуко, то отклонение плоскости было большим, чем в его опыте.
Итак, не подлежит никакому сомнению, что Земля — вращающийся шар. В этом движении она подчиняется тем же законам, как и обыкновенный волчок.
Волчок имеет вид конуса. Через центр его основания и вершину проходит ось, вокруг которой он вращается.
Волчок вращается на столе, опираясь на него вершиной конуса.
Сила тяжести стремится повалить волчок на стол. Но, быстро вращаясь, он сохраняет направление своей оси в пространстве. Сила тяжести только заставляет ось волчка описывать поверхность конуса с вершиной в точке его опоры. При этом угол, составляемый осью волчка с плоскостью стола, не меняется, пока вращение его не ослабеет.
