80

Сила притяжения Земли и Луны

Явления природы можно разделить на приятные и неприятные для нас. Со многими мы примирились, так как благоразумно признаём, что не смогли бы жить без них. Другие же вызывают у нас только досаду и приносят заботы. Таким злом, от которого лучше всего было бы избавиться вообще, являются приливы и отливы. Однако, к сожалению, здесь нам не остаётся ничего другого, как старательно строить дамбы.

Можно легко убедиться, что приливы и отливы вызываются силой притяжения Луны. Но тут играет роль ещё и то обстоятельство, что Земля и Луна обращаются вокруг общего центра масс. При этом Луна всегда повёрнута к нам одной и той же стороной. Как выглядит другая сторона Луны, человечество узнало только после замечательного полёта третьей советской космической ракеты.

Сама Земля не так «застенчива». Ежедневно совершая один оборот вокруг своей оси, она, не таясь, показывает Луне все свои стороны. А это в свою очередь приводит к тому, что жители всех мест на Земле регулярно получают возможность видеть Луну. Но предположим на минуту, что Земля не вращалась бы вокруг своей оси. Однако и в этом случае жители Луны могли бы рассматривать Землю со всех сторон.

81

Хотя Земля, точно так же, как и Луна, кружится вокруг общего центра масс системы, она всё время сохраняет в пространстве одну и ту же ориентировку.

Возьмём монету в 10 коп. и будем перемещать её по столу вдоль окружности небольшого радиуса с таким расчетом, чтобы цифра 10 всегда оставалась вертикальной. Если вообразить, что центр такого кругового движения — это центр масс системы Земля — Луна, то мы получим простую модель действительных условий.

Короче говоря, Земля обращается вокруг центра масс не так, словно она закреплена на спице колеса.

Теперь поговорим о самом главном. Любая точка нашей монеты описывает при этом в течение полного оборота круг одного и того же диаметра. Для Земли радиус этой орбиты равен расстоянию между центром Земли и центром масс системы. Этот последний не находится в покое по отношению к Земле, а также обращается вокруг Земли по такой же окружности. Как следствие этого возникает центробежная сила, одинаковая во всех точках Земли и направленная (что очень важно) всегда в сторону, противоположную Луне.

Таким образом, здесь действуют две силы:

  1. во-первых, притяжение Луны,
  2. во-вторых, центробежная сила.

Они противоположно направлены. Их результирующая (которая в простейшем случае представляет собой обычную разность) и является силой, вызывающей приливы и отливы.

82

Рис. Разность центробежной силы Z и силы притяжения Луны G представляет собой силу, вызывающую приливы и отливы.

На рисунке мы видим это явление в самом простом с точки зрения геометрии случае. Стрелки, изображающие центробежную силу Z, должны быть везде одинаковы по величине. А сила притяжения Луны G на противоположной стороне Земли меньше, чем на обращённой к ней, так как в последнем случае расстояние до Луны меньше на целый диаметр Земли. Кроме того, как мы сейчас увидим, G слева оказывается немного меньше Z, а справа — немного больше. Поэтому приливные силы на обеих сторонах земной поверхности примерно равны по величине.

В центре же Земли центробежная сила уравновешена силой притяжения. Поэтому мы можем выразить центробежную силу через силу тяготения. А так как мы уже установили, что во всех точках Земли действует одна и та же по величине центробежная сила, то это выражение справедливо для любой точки земной поверхности, если только мы под массой Земли будем понимать не всю массу Земли, а массу отдельных материальных точек.

Сила притяжения Луны G выразится этой же формулой, но с тем различием, что для точки на поверхности Земли вместо расстояния R надо подставить R + R1 для противоположной Луне и R — R1 для обращенной к ней стороне Земли. R1 — обозначает здесь радиус Земли.

Кто бы мог подумать, что сила, приводящая в движение океаны, так мала по сравнению с силой тяжести! Огромные силы, действующие при движении масс воды во время прилива возникают благодаря тому, что по обеим сторонам гребня прилива появляются касательные составляющие, которые и заставляют воду океанов устремляться по направлению рассчитанной максимальной силы прилива.

Таким образом, водяной горб образуется с двух сторон Земли: обращённой к Луне и противоположной ей. Суточное вращение Земли заставляет эту двухгорбую приливную волну ежедневно один раз обойти вокруг Земли. Но так как Луна со своей стороны обращается вокруг Земли, Земля должна совершить чуть больше одного полного оборота, чтобы Луна появилась в той же самой точке неба. Поэтому полный период прилива составляет не 12 час, а 12 час 25 мин.

84

Некоторые учёные допускали, что Луна в прежние времена тоже вращалась вокруг своей оси значительно быстрее. Если она когда-то была раскалённым жидким или пластичным телом, на неё также действовали большие приливные силы, вызванные притяжением Земли. Это должно было создавать значительное трение между могучими приливными волнами и недрами Луны. Оно тормозило вращение Луны до тех пор, пока время её оборота вокруг оси окончательно не совпало с продолжительностью обращения вокруг Земли. Тогда движение приливных горбов относительно Луны стало невозможным. С тех пор мы видим Луну только с «фасада».

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here