Δύναμη της Γης |
|
Πράγματι, τι θα γινόταν από τη Γη εάν μετατραπεί σε υγρό; Γνωρίζοντας από την καθημερινή εμπειρία ότι τα στερεά χάνουν το σχήμα τους όταν λιώσουν, μπορούμε να περιμένουμε το ίδιο να συμβεί με τη Γη. Αλλά στην πραγματικότητα αυτό δεν θα συμβεί. Σε εκείνα τα αντικείμενα με τα οποία ασχολούμαστε στην πρακτική ζωή, η ικανότητα διατήρησης του σχήματος οφείλεται στις δυνάμεις που δρουν μεταξύ των στενών ατόμων. Αλλά τέτοια "Υπέρβαρος" Το σώμα, όπως και η Γη, η βαρυτική δύναμη αρχίζει επίσης να παίζει ουσιαστικό ρόλο, με την οποία ολόκληρη η μάζα της Γης προσελκύει καθένα από τα σωματίδια της. Θα είχε εξασφαλίσει, κυρίως, τη διατήρηση του σημερινού σχήματος της Γης, ακόμη και αν ο πλανήτης μας είχε γίνει υγρό σώμα. Κατά συνέπεια, κατά τον υπολογισμό των παραμορφώσεων της Γης και την αξιολόγηση της αντοχής της στο σύνολό της (και όχι μεμονωμένων δειγμάτων πετρωμάτων), είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τόσο οι ελαστικές ιδιότητες της ουσίας της Γης όσο και η επίδραση της βαρύτητας σε αυτήν. Τα εργαστήρια μελετούν τις μηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων που λαμβάνονται από το εξωτερικό στρώμα της Γης πάχους λίγων χιλιομέτρων. Αυτό το στρώμα επηρεάζει τη δύναμη της Γης στο σύνολό της λίγο περισσότερο από ένα λεπτό στρώμα χρώματος που εφαρμόζεται στην επιφάνειά του επηρεάζει τη δύναμη μιας μεταλλικής σφαίρας. Πληροφορίες για τα βαθύτερα στρώματα της Γης μας παρέχονται κυρίως από τη μελέτη της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων. Δεν είναι χωρίς λόγο ο ακαδημαϊκός B. B. Golitsyn χαρακτήρισε τον σεισμό ένα φανάρι, το οποίο, αναβοσβήνοντας για λίγο, μας επιτρέπει να δούμε το εσωτερικό της Γης. Όμως, αναπτύσσοντας αυτήν τη σύγκριση, πρέπει να πούμε ότι το φως ενός τέτοιου φαναριού μειώνεται σε βάθος 2.900 χλμ. Από την επιφάνεια της Γης. Παρακάτω είναι ο πυρήνας της Γης, μέσω της οποίας περνούν μόνο τα διαμήκη σεισμικά κύματα. Έτσι, για να εκτιμηθεί η ισχύς της Γης στο σύνολό της, πρέπει να εξετάσουμε το πρόβλημα των παραμορφώσεων και των τάσεων μιας βαρυτικής σφαίρας, που αποτελείται από ένα ανομοιογενές ελαστικό κέλυφος και έναν πυρήνα. Πώς μπορεί να θεωρηθεί γνωστή η πυκνότητα και οι ελαστικές ιδιότητες του κελύφους με βάθος. Όσον αφορά τον πυρήνα, πρέπει κανείς να ξεκινήσει με υποθέσεις. Έτσι, είναι φυσικό να υποθέσουμε ότι ο πυρήνας, πιθανώς με εξαίρεση το κεντρικό του μέρος, βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, καθώς τα εγκάρσια σεισμικά κύματα δεν περνούν από αυτόν. (Σημειώστε ότι η υπόθεση του υγρού πυρήνα της Γης εξετάστηκε ακόμη και πριν από την εμφάνιση της σεισμολογίας. Αλλά τότε απορρίφθηκε, επειδή πιστεύεται ότι το κέλυφος της Γης έχει πάχος μόνο λίγα χιλιόμετρα ή δεκάδες χιλιόμετρα και ένα τέτοιο κέλυφος με υγρό πυρήνα, όπως έδειξε ο W. Thomson, ήταν θα γκρεμίστηκε από την παλίρροια στον πυρήνα.
Οι παλιρροιακές δυνάμεις ενεργούν συνεχώς στη Γη, τεντώνοντας τη σε ευθείες γραμμές που συνδέουν το κέντρο της Γης με τα κέντρα της Σελήνης και του Ήλιου. Η επιφάνεια της Γης κρεμά κάτω από το φορτίο των μαζών αέρα σε περιοχές με υψηλή ατμοσφαιρική πίεση. Όλα τα σωματίδια της Γης επηρεάζονται από μια φυγοκεντρική δύναμη που κατευθύνεται κάθετα στον άξονα περιστροφής της Γης.Είναι σαφές ότι η κατεύθυνση αυτής της δύναμης θα αλλάξει εάν αλλάξει η θέση του άξονα περιστροφής στο σώμα της Γης. Και το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει πραγματικά αποδείχθηκε στα τέλη του περασμένου αιώνα. Τα μεγέθη και οι κατευθύνσεις των παραπάνω δυνάμεων μπορούν να υπολογιστούν. Αν πάρουμε τότε οποιοδήποτε μοντέλο της Γης, τότε θεωρητικά μπορούμε επίσης να βρούμε την παραμόρφωση της Γης όταν αυτές οι δυνάμεις εφαρμόζονται σε αυτήν, για παράδειγμα, να υπολογίσουμε πώς θα αλλάξουν οι αποστάσεις διαφόρων σημείων στην επιφάνεια της γης από το κέντρο της. Πάρτε, για παράδειγμα, την παλιρροιακή δύναμη, η οποία, όπως ειπώθηκε, εκτείνεται στη Γη κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής που συνδέει το κέντρο της Ο με το κέντρο L του ενοχλητικού φωτός: τη Σελήνη ή τον Ήλιο Υπό την επιρροή της, η επιφάνεια της Γης, αν ήταν μια κανονική σφαίρα ακτίνας R, θα είχε τη μορφή ελλειψοειδούς επανάστασης με τον ημι-μείζονα άξονα στραμμένο προς τον L. Ας υποθέσουμε ότι καταφέραμε να υπολογίσουμε ποια είναι η διαφορά a - R είναι ίδια για αυτό το μοντέλο. Στη συνέχεια, μπορούμε να βρούμε την αλλαγή σε μήκος την ακτίνα του διανύσματος p οποιουδήποτε σημείου στην επιφάνεια της γης. Αυτές οι αλλαγές είναι μικρές. Για κανένα από τα θεωρητικά θεωρημένα μοντέλα της Γης, οι μέγιστες διακυμάνσεις στο μήκος p υπό τη συνδυασμένη επίδραση της Σελήνης και του Ήλιου δεν φτάνουν σε ένα μέτρο. Είναι σαφές ότι τέτοιες αλλαγές δεν μπορούν να μετρηθούν άμεσα. Γιατί έπρεπε να εφεύρουμε έναν "χωρίς βάρος" ωκεανό; Ναι, επειδή η παλίρροια στον πραγματικό ωκεανό περιπλέκει κάπως το φαινόμενο: οδηγεί σε αλλαγές στο βαρυτικό δυναμικό της ίδιας της Γης. Οι ελαστικές παραμορφώσεις της Γης δίνουν παρόμοιο αποτέλεσμα. Η αναλογία της αλλαγής στο βαρυτικό δυναμικό της Γης προς το εξωτερικό δυναμικό, που προκαλεί αυτή η αλλαγή, ορίζεται από το σύμβολο k. Οι παράμετροι h και k καλούνται αριθμοί αγάπης, μετά τον Άγγλο γεωφυσικό που εισήγαγε για πρώτη φορά αυτές τις παραμέτρους για να χαρακτηρίσει τις μηχανικές ιδιότητες της Γης ως συνόλου. Αυτές οι παράμετροι υπολογίζονται θεωρητικά για διαφορετικά μοντέλα της Γης. προσπαθούν να τα προσδιορίσουν από την ανάλυση των παρατηρήσεων διαφόρων φαινομένων. Ποια είναι αυτά τα φαινόμενα; Ας απαριθμήσουμε τα πιο σημαντικά από αυτά:
Αυτό συμβαίνει με την απόλυτα στερεή Γη. Αλλά αν λάβουμε υπόψη ότι η Γη παραμορφώνεται υπό την επίδραση διαφόρων δυνάμεων, η εικόνα θα είναι πιο περίπλοκη. Οι παλιρροιακές δυνάμεις παραμορφώνουν τη Γη έτσι ώστε η συμπίεση της να αλλάζει κάπως συνεχώς. Αυτό σημαίνει ότι στο μοντέλο μας η μάζα του δακτυλίου θα αλλάξει και αυτό, με τη σειρά του, θα εκδηλωθεί σε αδύναμες περιοδικές διακυμάνσεις στην γωνιακή ταχύτητα της περιστροφής της Γης. Όταν μειώνεται η συμπίεση, η ταχύτητα αυξάνεται και η Γη αρχίζει να προσπερνά ομοιόμορφα Αυτή είναι μια πλευρά του ζητήματος. Αλλά οι παραμορφώσεις της Γης επηρεάζουν την περιστροφή της με άλλο τρόπο. Για να εξηγήσουμε ακριβώς πώς, ας κάνουμε την ακόλουθη πνευματική εμπειρία. Ας φανταστούμε ότι η περιστροφή της Γης έχει σταματήσει και η φυγοκεντρική δύναμη δεν ενεργεί πλέον πάνω της. Επιπλέον, εάν η Γη ήταν ένα απόλυτα στερεό σώμα, το σχήμα της θα παρέμενε το ίδιο. Εάν η Γη ήταν ένα υγρό σώμα, θα είχε τη μορφή μιας κανονικής μπάλας. Η ισημερινή περίσσεια των μαζών, και μαζί της ο δακτύλιος στο μοντέλο μας, θα εξαφανιζόταν εντελώς. Αλλά στην πραγματική Γη, όταν σταματήσει η περιστροφή της, οι εσωτερικές ελαστικές δυνάμεις θα παίξουν. Θα αντιταχθούν στις βαρυτικές δυνάμεις, και χάρη σε αυτό, η Γη θα παραμείνει ένα συμπιεσμένο σφαιροειδές, αν και η συμπίεση της θα μειωθεί. Αυτό σημαίνει ότι η μάζα του δακτυλίου του μοντέλου μας θα μειωθεί επίσης. Πόσο? Αυτό είναι το κύριο ερώτημα, για τη λύση από την οποία εξαρτάται η εκτίμηση της σκληρότητας της Γης. Παρατηρήσαμε ότι η περίοδος του ελεύθερου τριβής είναι μικρότερη, όσο μεγαλύτερη είναι η ισημερινή περίσσεια των μαζών, δηλαδή η μάζα του δακτυλίου. Για μια απολύτως σταθερή Γη, αυτή η περίοδος θα είναι ίση με 305 ημέρες. Στην πραγματικότητα, όπως δείχνει η ανάλυση δεδομένων σχετικά με την κίνηση των πόλων της Γης τα τελευταία 70 χρόνια, πλησιάζει τις 430 ημέρες. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η περίοδος της ελεύθερης εξάντλησης δεν εξαρτάται από το σύνολο της ισημερινής περίσσειας των μαζών, αλλά μόνο από εκείνο το μέρος της που δεν θα εξαφανιστεί αν σταματήσει η δράση της φυγοκεντρικής δύναμης. Ως εκ τούτου, είναι εύκολο να υπολογιστεί ότι η διακοπή της περιστροφής μειώνει τη μάζα του δακτυλίου του μοντέλου μας κατά 30%. (Πιο συγκεκριμένα, αυτός ο δακτύλιος χωρίζεται σε δύο και ένας από αυτούς, που περιέχει περίπου το ένα τρίτο της συνολικής μάζας, είναι πάντα εγκατεστημένος σε επίπεδο κάθετο προς τον στιγμιαίο άξονα περιστροφής και δεν επηρεάζει την κίνηση αυτού του άξονα στο σώμα της Γης.) Ο παραπάνω αριθμός δείχνει σε ποια συνθήκες, θα υπάρχει ισορροπία μεταξύ βαρυτικών δυνάμεων που προσπαθούν να μετατρέψουν τη Γη σε μπάλα, και ελαστικών δυνάμεων που προσπαθούν να διατηρήσουν το σχήμα της αμετάβλητο. Κατά τη διάρκεια αυτών των έργων, ορισμένα συμπεράσματα της θεωρίας της περιστροφής της Γης με έναν υγρό πυρήνα βελτιώθηκαν. Έτσι, αποδείχθηκε ότι η επίδραση του υγρού πυρήνα θα πρέπει να οδηγήσει σε αλλαγές στο πλάτος ορισμένων ταλαντώσεων του άξονα της γης στο διάστημα (αναγκαστική τριβή). Εκδηλώνεται επίσης στο γεγονός ότι μια ακόμη ασθενής κυκλική κίνηση με μια περίοδο κοντά σε ημέρες προστίθεται στα ήδη γνωστά συστατικά της κίνησης των πόλων της Γης. Η εύρεση αυτών των αποτελεσμάτων είναι μια πρόκληση που βρίσκεται στο όριο των δυνατοτήτων της σύγχρονης αστρονομίας. Αλλά άξιζε να το δοκιμάσω. Μια τέτοια προσπάθεια έγινε από τους Ουκρανούς αστρονόμους. Αποδείχθηκε επιτυχής. Συγκεκριμένα, ο Ν.Α. Ποπόφ κατάφερε να εντοπίσει, σε μακροχρόνιες παρατηρήσεις δύο αστεριών ζενίθ στο Πολτάβα, αδύναμες διακυμάνσεις στο γεωγραφικό πλάτος με μια περίοδο που προέβλεπε η θεωρία του M.S. Modensky. Έτσι, ελήφθησαν νέα επιχειρήματα υπέρ της υπόθεσης του υγρού πυρήνα της Γης. Τώρα μπορούμε να πούμε ότι η Γη στο σύνολό της φαίνεται να είναι ισχυρότερη από μια κοίλη χαλύβδινη σφαίρα με κέλυφος πάχους περίπου 3 χιλιομέτρων. Ωστόσο, τα ακόλουθα μπορεί να αντιταχθούν σε μια τέτοια εκτίμηση. Όλα τα συμπεράσματά μας αντλήθηκαν από τη μελέτη πολύ ασθενών παραμορφώσεων. Μπορούμε να τις χρησιμοποιήσουμε εάν πρέπει να υπολογίσουμε τις ενέργειες δυνάμεων που προκαλούν πολύ πιο σημαντικές παραμορφώσεις και απειλούν ακόμη και την ακεραιότητα του πλανήτη μας; Προφανώς, είναι αδύνατο χωρίς σημαντικές προσαρμογές.Υπάρχει όμως απειλή από την εμφάνιση τόσο ισχυρών δυνάμεων που θα απαιτηθούν τέτοιοι υπολογισμοί; Αυτό δεν θα συμβεί, ας πούμε, γιατί το καθεστώς περιστροφής του πλανήτη μας θα διαταραχθεί σημαντικά; Είναι δύσκολο να βρεθούν φυσικοί λόγοι για αυτό. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, οι άνθρωποι δεν θα είναι σε θέση να αλλάξουν την περιστροφή της Γης κατά την κρίση τους; Δεν είναι η πρώτη φορά που τέθηκε αυτή η ερώτηση.
Ωστόσο, το θέμα τελείωσε σε τίποτα. Αποδείχθηκε ότι στους υπολογισμούς τους, οι μηχανικοί της Αρκτικής Εταιρείας έκαναν ένα τεράστιο λάθος: δεν έλαβαν υπόψη το γεγονός ότι η Γη δεν είναι μια μπάλα, αλλά έχει μια επιπλέον μάζα στην ισημερινή ζώνη. Λαμβάνοντας υπόψη αυτήν τη μάζα, ένας Γάλλος μηχανικός έκανε νέους υπολογισμούς και έδειξε ότι υπό τη δράση της προβαλλόμενης βολής, οι πόλοι της Γης θα κινούνταν στην επιφάνειά του κατά μόλις 3 μικρά. Είστε περίεργοι ότι αυτή η ιστορία, όπως ειπώθηκε στο βιβλίο "Περιστροφή της Γης" Οι Αμερικανοί γεωφυσικοί Munk και Macdonald, έχουν μια σύγχρονη συνέχεια. Σε. Κατά τις προεδρικές εκλογές το 1956, ο γερουσιαστής Estes Kefauver, υποψήφιος για τη θέση του αντιπροέδρου, δήλωσε ότι ως αποτέλεσμα των δοκιμών των βομβών υδρογόνου, ο άξονας της Γης θα μπορούσε να αποκλίνει κατά 10 °. Ωστόσο, οι ακριβείς υπολογισμοί δείχνουν διαφορετικά. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου μέσης ισχύος θα ήταν αρκετή για να δώσει ένα βλήμα βάρους ενός εκατομμυρίου τόνων ταχύτητα 11 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αλλά η ανάκρουση ενός πυροβόλου που θα είχε πυροβολήσει ένα τέτοιο πυροβολισμό θα είχε αντικαταστήσει τον πόλο της Γης από ένα μόνο μικρό. «Και 70 χρόνια μετά τον Jules Verne,- σημειώστε τους συγγραφείς, μέλη της κυβέρνησης της Ουάσιγκτον εξακολουθούν να αρνούνται να αναγνωρίσουν την ύπαρξη και τη σημασία της ισημερινής υπέρβασης των μαζών "... Κατά συνέπεια, ακόμη και τα εξαιρετικά ισχυρά μέσα που διαθέτουν οι άνθρωποι δεν επαρκούν για να έχουν σημαντική επίδραση στην περιστροφή της Γης. Έτσι, ο πλανήτης μας είναι αρκετά συμπαγής και ανθεκτικός ώστε να αντέχει σε δυνάμεις που δρουν περιοδικά ή για μικρό χρονικό διάστημα: παραμορφώνουν μόνο τους διακριτικά. Αλλά το αποτέλεσμα μπορεί να είναι διαφορετικό εάν οι δυνάμεις ενεργούν προς την ίδια κατεύθυνση για εκατομμύρια χρόνια. Πιθανώς, σε σχέση με τέτοιες δυνάμεις, η Γη δεν συμπεριφέρεται ως ιδανικά ελαστική, αλλά ως πλαστικό σώμα που αλλάζει το σχήμα της, αν και αργά, αλλά σημαντικά. Εδώ ερχόμαστε στα ζητήματα της εξέλιξης της Γης και του ρόλου που διαδραματίζουν οι εσωτερικές διαδικασίες. Δημιουργούν στρες στο σώμα της γης, μερικές φορές υπερβαίνουν την απόλυτη δύναμή της. Είναι πιθανό, σε αυτήν την περίπτωση, οι παλιρροιακές παραμορφώσεις της Γης και ακόμη και οι αδύναμες διαταραχές στη σταθερότητα της περιστροφής της να παίζουν μερικές φορές το ρόλο της «σκανδάλης», δηλαδή του τελευταίου σοκ που προκαλεί ρήξεις και μετατοπίσεις στον φλοιό και τον μανδύα της Γης. Τα τελευταία φαινόμενα, με τη σειρά τους, μπορούν να επηρεάσουν την περιστροφή της Γης και οι γεωφυσικοί και οι αστρονόμοι ασχολούνται τώρα εντατικά με την αναζήτηση εκδηλώσεων αυτής της επιρροής. Ε. Φεντόροφ Παρόμοιες δημοσιεύσεις |
"Ω, αν και αυτό, πολύ βαρύ σώμα έλιωσε, διαλύθηκε, έγινε δροσιά!" Ο διάσημος Άγγλος γεωφυσικός Harold Jeffries πήρε αυτά τα λόγια του Άμλετ ως επιγραφή σε ένα από τα κεφάλαια του βιβλίου του "Γη".
Για να δοκιμάσετε υποθέσεις σχετικά με τις ιδιότητες του πυρήνα, είναι φυσικό να στραφείτε στην εμπειρία. Αλλά τι είδους εμπειρία μπορούμε να μιλήσουμε όταν έχουμε να κάνουμε με ένα σώμα το μέγεθος της Γης; Πράγματι, για να ελεγχθεί η αντοχή οποιουδήποτε προϊόντος, ένα δείγμα αυτού του προϊόντος τοποθετείται σε μια ειδική μηχανή, τεντώνεται σε αυτό, στρίβεται ή συμπιέζεται. Σε αυτήν την περίπτωση, τόσο οι εφαρμοζόμενες δυνάμεις όσο και η παραμόρφωση του δείγματος καταγράφονται ταυτόχρονα. Αλλά δεν έχουμε την ευκαιρία, κατά την κρίση μας, να ασκήσουμε δυνάμεις στη Γη αρκετές για να αλλάξουμε το σχήμα της ακόμη και ελαφρώς. Πρέπει να είμαστε ικανοποιημένοι με αυτό που δίνει η ίδια η φύση.
Εάν ο άξονας περιστροφής της Γης είναι κάθετος στο επίπεδο του δακτυλίου, δηλαδή συμπίπτει με τον άξονα συμμετρίας του μοντέλου, η φυγοκεντρική δύναμη δεν θα επηρεάσει την περιστροφή του μοντέλου - θα τεντώσει μόνο τον δακτύλιο. Αλλά μόλις ο άξονας περιστροφής αποκλίνει από τον άξονα συμμετρίας, η δράση της φυγοκεντρικής δύναμης αρχίζει να εκδηλώνεται σαν τη δράση ενός ζεύγους δυνάμεων, η οποία, όπως ήταν, επιδιώκει να συμφιλιώσει τους προαναφερθέντες άξονες. Ωστόσο, το αποτέλεσμα αποδεικνύεται κάπως απροσδόκητο: ο άξονας περιστροφής δεν ευθυγραμμίζεται με τον άξονα συμμετρίας, αλλά αρχίζει να κινείται γύρω του, περιγράφοντας μια κωνική επιφάνεια στο σώμα της Γης. Αυτή η κίνηση ονομάζεται ελεύθερη τριβή και η περίοδος της είναι μικρότερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του δακτυλίου.
Η ιστορία του ξεκινά με ένα μυθιστόρημα του Jules Verne "Κάτω"... Λέει για το έργο της Αρκτικής Βιομηχανικής Εταιρείας να περιστρέψει τον άξονα της γης υπό γωνία 23 °, χρησιμοποιώντας γι 'αυτό την ώθηση που το κανόνι μπορεί να δώσει στη γη λόγω της ανάκρουσης όταν πυροδοτείται. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των μηχανικών της προαναφερθείσας εταιρείας, για αυτό είναι απαραίτητο να πυροβολήσει ένα βλήμα βάρους 180 χιλιάδων τόνων από το κανόνι. Αυτό το έργο προκάλεσε πρώτο ενδιαφέρον, στη συνέχεια ανησυχούσε και, τέλος, πανικό, καθώς η εφαρμογή του θα οδηγούσε σε πολλές καταστροφικές συνέπειες.
| Τι είναι το κλουβί; | Φυσιολογική δισδιάσταση των πληροφοριών: μηχανισμοί και συνέπειες |
|---|
Νέες συνταγές
