Космос у тебя дома - [26]
Трение о точку опоры в нашем опыте маленькое, но трение о воздух будет сильно тормозить волчок. Пустить волчок строго вертикально трудно. Наверняка ось при запуске была немного наклонена. И хотя, как уже говорилось, ось вращающегося волчка стремится сохранить свое направление в пространстве, из-за смещения с вертикали центра тяжести волчка земное притяжение старается опрокинуть волчок. Ось волчка при этом начинает описывать конус. Это движение оси вокруг вертикали, проходящей через точку опоры волчка, называется прецессией.
Если почему-либо изготовить описанный волчок не представляется возможным, сделайте упрощенный волчок. Вырежьте из картона кружок диаметром пять сантиметров, проделайте гвоздем отверстие, вставьте в него спичку с заостренным концом, и волчок готов. Правда, он будет вращаться недолго, но прецессия будет на нем видна хорошо.
Однако вернемся к разговору о Земле. Земная ось, вернее, та, незримая геометрическая линия, вокруг которой вращается земной шар, тоже описывает прецессию. Верхняя «половина» земной оси описывает конус, вершина которого в центре Земли. Нижняя половина земной оси описывает конус, вершина которого тоже в центре Земли. По сути дела, земная ось описывает два конуса, обращенных вершинами друг к другу.
Если ось волчка, запущенного на столе, описывает конус прецессии из-за того, что земное притяжение стремится опрокинуть волчок, то что же вызывает прецессию у земной оси? Ведь Земля летит свободно в мировом пространстве. Солнце крепко держит ее на орбите. Нам известно, что любой шар, вращающийся вокруг Солнца, должен испытывать во всех своих точках равномерное притяжение к могучему светилу, так как шар симметричен по всем своим осям, и никаких перекосов не должно быть. Тогда откуда же появилась прецессия у Земли?
Оказывается, причина образования прецессии у Земли есть, и ее разгадал Исаак Ньютон.
Но для того чтобы познакомиться с этой причиной, проделаем следующий опыт. Посмотрим, как ведет себя быстровращающееся тело, поверхность которого может легко менять свою форму. Для опыта воспользуемся прибором, который мы с вами уже сделали для получения быстрого вращения, — это тяжелый диск, зажатый между двумя фанерными кружками и подвешенный за середину на двух скрученных веревках.
Вырежьте из плотной рисовальной бумаги полоску 60 сантиметров длины и 2,5 сантиметра ширины. Склейте ее концы, чтобы образовалось кольцо диаметром 18–19 сантиметров. Проделайте в середине полоски два отверстия, расположенные одно против другого по концам диаметра кольца. В эти отверстия пройдут скрученные веревки, на которых висит диск. Одно отверстие сделайте в месте склейки полоски. Второе отверстие в полоске должно быть несколько побольше, чтобы веревки скользили в ней без задержки. Наденьте бумажное кольцо на веревки так, чтобы склеенная часть кольца соприкасалась с тяжелым диском. В случае, если бумажное кольцо лежит на фанере, приклейте его к ней клеем; если же диск металлический, то для прикрепления бумажного кольца к диску используйте пластилин. Прибор наш готов.
Тяжелый диск нужно подвесить строго горизонтально и так, чтобы бумажное кольцо оставалось круглым. Если кольцо сожмется под действием собственного веса, его надо заменить, подобрать более плотную, упругую бумагу. Проверьте упругость кольца: сожмите его слегка, после того как вы его отпустите, оно должно снова принять форму круга.
Над кольцом на веревках сделайте маленький хомутик из черной бумаги. Он должен сидеть плотно, но так, чтобы в случае необходимости его можно было легко передвинуть.
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.
