Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого - О'Хара Мик
Фотографии, сделанные беспилотными спутниками и зондами, доказывают, что местонахождение стены иногда можно определить по песку, нанесенному с наветренной стороны, но сама стена невидима. Вероятно, это конец еще одной легенды.
Роберт Браун Эшби-де-ла-Зух, Лестершир, Великобритания
«Может быть, кто-нибудь объяснит мне в простых и доступных выражениях, почему высокие приливы случаются одновременно с обеих сторон Земли?»
Чтобы разобраться в причинах приливов, следует пренебречь суточным вращением Земли вокруг своей оси и сосредоточиться только на вращении системы Земля — Луна.
Это вращение происходит вокруг общего центра гравитации системы, который находится на полпути от поверхности к центру Земли и заставляет каждую точку внутри земного шара или на его поверхности описывать окружность радиусом, равным расстоянию от общего центра притяжения до центра Земли.
Следовательно, в каждой точке действует центробежная сила, имеющая везде одинаковую величину и направленная от Луны, параллельно линии, соединяющей центры Земли и Луны. Эта центробежная сила отличается от тех, которые созданы вращением Земли; ими мы пренебрежем.
На каждую точку Земли также действует сила притяжения, направленная к Луне; эта сила имеет различное направление в разных точках Земли.
Равнодействующая этих двух сил создает приливообразующую силу. Если мы рассмотрим две точки на поверхности Земли, одну — непосредственно под Луной, а другую — на оборотной стороне планеты, выяснится, что сила притяжения Луны в ближайшей к ней точке больше центробежной силы, которая, как мы уже говорили, направлена от Луны.
Дальняя точка отстоит дальше от Луны на один диаметр Земли, сила притяжения Луны в этой точке меньше центробежной силы, как и результирующая сила, действующая на точку, более удаленную от Луны.
В большинстве популярных источников одновременное возникновение приливов в двух противоположных точках планеты объясняется тем, что, когда Луна притягивает воду в ближайшей точке, слегка меняется и положение земного шара.
Но это объяснение не дает понять, почему такая система не рушится под действием взаимного притяжения Луны и Земли.
Д. С. Пареснис Кафедра геофизики, Технологический университет Лулео, Швеция
Если пренебречь влиянием других небесных тел, центр массы Земли и центр тяжести Луны находятся в свободном падении и следуют по орбитам вокруг общего центра масс системы Земля — Луна, где притяжение и центробежное ускорение полностью уравновешиваются.
Но на большей части поверхности Земли этот баланс будет нестабильным, потому что Луна находится или ближе, или дальше, но все равно вынуждена следовать по орбите с той же скоростью, что и центр массы Земли.
В океане на поверхности Земли, обращенной к Луне, сила лунного притяжения больше центробежной силы, поэтому вода образует выпуклость, направленную к Луне.
На противоположной стороне Земли преобладает центробежная сила, поэтому вода образует выпуклость, направленную от Луны. Обе выпуклости создают высокие приливы.
В сущности, поверхность моря, которая в противном случае была бы сферической, растянута вдоль оси Земля — Луна по эллипсоиду, и, поскольку любая точка на Земле входит в зону выпуклости и выходит из нее, следом за местным приливом наступает отлив.
Грег Эган Перт, Западная Австралия
Одновременные высокие приливы на противоположных сторонах Земли — результат дисбаланса гравитационных и центробежных сил. Приливы создаются притяжением Земли и Луны, и в меньшей степени — взаимодействием Земли и Солнца.
Мы привыкли считать, что Луна вращается вокруг Земли, но на самом деле Луна и Земля движутся по орбите вокруг общего центра масс, который находится ближе к центру Земли. Центробежные силы, создаваемые орбитальным движением обоих небесных тел, уравновешивают гравитационное притяжение каждого из них.
Но этот баланс точен только в центре каждого небесного тела. На стороне Земли, ближайшей к Луне, притяжение Луны чуть сильнее, а центробежная сила — слабее чем у центра Земли, поэтому вода здесь притягивается к Луне. На противоположной стороне Земли притяжение слегка слабее, а центробежная сила больше, поэтому вода притягивается в противоположную сторону от Луны.
Марк Бертинат Честер, Великобритания
«Младшие классы Гленбрукской школы летом возили на экскурсию к морю. Нам понравилось, только непонятно, почему море соленое. Моя мама не знает».
Вода в море соленая потому, что впадающие в него реки приносят с суши соли и другие минеральные вещества. Соли растворяются в реках, а реки несут их в море. Солнце испаряет воду из моря, получаются тучи, а соли и минеральные вещества остаются, поэтому вода в море солонее, чем в реках и озерах.
Джек Кейв-Линч (9 лет) Веллингтон, Новая Зеландия
Рей Хитон Солихалл, Западный Мидлендс, Великобритания
«Когда применяется так называемый эффект рогатки для ускорения межпланетных космических кораблей? Очевидно, в нем используется притяжение планеты, но мне с моими примитивными познаниями в физике кажется, что любая кинетическая энергия, приобретенная при приближении к объекту, будет неизбежно потеряна как потенциальная при удалении от объекта. Каким образом планета придает кораблю энергию?»
У меня возникли те же затруднения, что и у автора вопроса, когда я впервые услышал о запуске «Вояджера» с применением «эффекта рогатки». Очевидно, что чистого выигрыша в энергии не получится, если зонд просто преодолеет стационарное поле тяготения.
Но Юпитер и поле его притяжения вращаются вокруг солнца со скоростью около 1300 метров в секунду, и любой зонд, пролетающий за планетой, получит ускорение от ее движущегося поля тяготения — почти как серфер, использующий энергию волны. Энергию придает не поле тяготения, а кинетическая энергия движущейся планеты, которая слегка притормаживает на орбите и еще чуть-чуть приближается к Солнцу.
Планета прибавляет скорость, направляясь к Солнцу и, как ни парадоксально, вращается быстрее, чем прежде. На приближение Юпитера к Солнцу на 10-15 метров (расстояние, примерно равное диаметру протона), затрачивается более 416 мегаджоулей.
Майк Браун Натсфорд, Чешир, Великобритания
