Новая занимательная астрономия - Страница 11

К числу таких проблем относится и вопрос о вращении Земли вокруг собственной оси. То обстоятельство, что людям долгое время не удавалось доказать, что они живут на вращающейся планете, не так тривиально, как может показаться на первый взгляд.

Вообще говоря, во вращающихся системах можно обнаружить ускорения, связанные с вращением (так называемые кориолисовы ускорения). Именно эти ускорения вызывают, например, подмыв правых берегов рек в северном полушарии Земли и левых — в южном.

Но, во-первых, кориолисовы ускорения проявляются только при перемещении тел, а во-вторых, они служат лишь косвенным свидетельством вращения нашей планеты.

Гораздо убедительнее такие явления, которые позволяют обнаруживать не ускорения, а сам факт вращения планеты. Бесспорным признаком суточного вращения Земли могло бы явиться видимое суточное движение Солнца по небу, а также смена дня и ночи. Но, к сожалению, такую же картину мы наблюдали бы и в том случае, если бы Земля была неподвижна, а небесные светила, в том числе и Солнце, «обходили» вокруг нее.

О вращении других небесных тел судить на основе непосредственных наблюдений можно. Так, вращение Солнца можно обнаружить, например, по перемещению солнечных пятен, вращение планеты Марс — по смещению деталей, видимых на ее поверхности. Свою же планету, Землю, люди не могли наблюдать со стороны.

Наглядным и убедительным доказательством вращения Земли явился опыт Фуко с качающимся маятником.

Маятник, т. е. груз, подвешенный на нити, — один из самых простых по устройству и в то же время самых замечательных приборов. Физическая сущность опыта с маятником состоит в следующем. Силы, действующие на качающийся маятник, сила земного притяжения и сила натяжения нити, лежат в одной плоскости — в плоскости его качаний. Поэтому приведенный в движение свободно подвешенный маятник будет все время качаться в одной и той же плоскости. Физики формулируют это свойство маятника так: «Плоскость качаний маятника сохраняет неизменное положение в пространстве».

Доказательство вращения Земли с помощью качающегося маятника общеизвестно, и мы не будем его напоминать. Заметим только, что этот опыт обладает одним существенным недостатком. Чтобы надежно обнаружить поворот плоскости качания маятника вследствие вращения Земли, нужно довольно длительное время.

В начале пятидесятых годов нашего века советским инженером Пошехоновым был предложен оригинальный прибор для доказательства суточного вращения нашей планеты. По существу это тоже маятник, но особого типа, а само доказательство основано на совершенно ином принципе.

Представьте себе вертикально расположенную рамку, установленную на подставке и способную вращаться относительно нее вокруг вертикальной оси. В центре рамки на горизонтальной оси укреплена свободно вращающаяся штанга с грузиками на концах. Вот и весь прибор.

Рис. 4. Маятник Пошехонова.

Как же он работает? Действие этого своеобразного маятника основано на законе сохранения момента количества движения.

Момент количества движения — это произведение массы данного тела m на его линейную скорость V и на расстояние R от оси вращения. Но линейная скорость равна произведению R на угловую скорость ω (V = Rω).

Итак, N = mωR, где m — величина постоянная.

Теперь допустим, что радиус R уменьшается, т. е. тело приближается к оси вращения. Так как m постоянна, то для того, чтобы произведение ωR не изменилось, должна соответственно увеличиться ω.

Другими словами: с приближением вращающихся масс к оси вращения угловая скорость возрастает.

Обычно в качестве примера приводят вращающегося фигуриста. Выбрасывая руки в стороны или поднося их к груди, он регулирует скорость своего вращения. То же самое может проделать и парашютист во время затяжного прыжка, и космонавт, свободно плавающий в состоянии невесомости в кабине корабля или в открытом космосе.

Вернемся к нашему маятнику. Установим его на неподвижной площадке и заставим центральную штангу вращаться вокруг горизонтальной оси. Штанга будет вращаться до тех пор, пока не остановится вследствие трения в подшипниках. Это на неподвижной площадке.

А теперь пусть подставка равномерно вращается вокруг вертикальной оси, т. е. маятник находится в центре вращающейся площадки. В этом случае картина существенно изменится.

В то время, когда штанга занимает горизонтальное положение, т. е. грузы расположены далеко от вертикальной оси, маятник поворачивается вместе с площадкой. Но в момент, когда штанга придет в вертикальное положение и грузы на ее концах окажутся на оси вращения подставки, угловая скорость вращения рамки относительно вертикальной оси возрастет. И рамка вместе со штангой должна сделать «рывок», обгоняя вращение подставки.

Таким образом, в том случае, если наш маятник находится на вращающейся площадке, будет наблюдаться постепенный поворот плоскости вращения штанги. Нетрудно сообразить, что по этому принципу можно судить о вращении подставки, даже не наблюдая его непосредственно.

А это значит, что описанный нами маятник может быть с успехом применен и для обнаружения вращения Земли. Заметный эффект смещения будет достигаться значительно быстрее, чем у маятника Фуко.

Несколько лет тому назад маятник, о котором идет речь, был построен и установлен в фойе Московского планетария. Он безотказно работал в соответствии с теми соображениями, которые были приведены выше.