Вращение Земли и маятник

На первый взгляд может показаться, что обстоятельство, когда людям долгое время не удавалось доказать, что они живут на вращающейся планете тривиально. Но оказалось, что доказать вращение Земли вокруг собственной оси не так то просто. Все потому, что вращение других небесных тел можно увидеть на основе непосредственных наблюдений. Например, вращение Солнца можно обнаружить по перемещению солнечных пятен, вращение планеты Марс – по смещению деталей, видимых на ее поверхности. Вращение же Земли, люди не могли наблюдать со стороны.

Оказалось, что доказать вращение Земли вокруг собственной оси не так то просто. Но с помощью маятника Пошехонова можно довольно быстро обнаружить его

Наглядным и простым доказательством вращения Земли стал качающийся маятник Фуко – груз, подвешенный на нити. Приведенный в движение свободно подвешенный маятник будет все время качаться в одной и той же плоскости. Но чтобы надежно обнаружить поворот плоскости качания маятника вследствие вращения Земли, нужно довольно длительное время.

Этого недостатка посбавлен маятник Пошехонова, с помощью которого можно довольно быстро обнаружить вращение Земли. Действие этого маятника основано на законе сохранения момента количества движения. Представьте себе вертикально расположенную рамку, установленную на подставке и способную вращаться относительно вертикальной оси. В центре рамки на горизонтальной оси укреплена свободно вращающаяся штанга с грузиками на концах. Вот и весь прибор.

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 = R*ω). Итак. N = m*ω*R2, 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 ω*R2 не изменилось, должна соответственно увеличиться ω, то есть с приближением вращающихся масс к оси вращения угловая скорость возрастает.

Заставим центральную штангу маятника вращаться вокруг горизонтальной оси. Когда штанга занимает горизонтальное положение, т. е. грузы расположены далеко от вертикальной оси, маятник поворачивается вместе с подставкой. 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, 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 с помощью маятника Пошехонова можно обнаружить и суточное вращения Земли.

Суточное вращение Земли можно увидеть с космоса, изучая движение ее искусственных спутников.

На искусственный спутник, движущийся по околоземной орбите, фактически действует лишь сила земного тяготения, которая лежит в плоскости этой орбиты. Благодаря этому плоскость орбиты спутника за короткие отрезки времени не изменяет своего положения относительно звезд. Если бы земной шар не вращался вокруг своей оси, то спутник при каждом последовательном обороте проходил бы над одними и теми же точками земной поверхности. Но в связи с тем, что Земля вращается с запада на восток, трасса спутника, т. е. проекция его движения на поверхность Земли, непрерывно смещается в направлении к западу.

Инструменты