«Расскажите, кто раскрутил Землю?»
(Лука Левченко, из письма в редакцию)
И в самом деле – чем тяжелее предмет, тем тяжелее его раскрутить, заставить вращаться вокруг своей оси. Легко раскрутить детскую юлу, ненамного сложнее – велосипедное колесо. Но уже инерционная (то есть без мотора) карусель на игровой площадке во дворе – штука довольно массивная. Малыши просят – «раскрути, покатай!». Раскрутил весело раз, раскрутил два, три, четыре... А к пятому разу-то уже чувствуешь, что хочется отдохнуть...
А Земля – это вам не карусель. Масса земного шара – примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 000 килограммов. Двадцать четыре нуля после первой цифры! И ведь что удивительно – эта огромная масса ещё и вертится, да как быстро! Один оборот всего лишь за 24 часа.
Лучик:
За 24 часа – это разве быстро? Это целые сутки, день и ночь! И выспаться успеешь, и в школу сходить, и уроки сделать, и погулять, и поиграть...
Да, но не надо забывать, что размеры нашего «шарика» примерно 40 000 километров в окружности! Вспомним школьную арифметику, задачки на «скорость-время-расстояние». Разделим 40 тысяч на 24 – сколько получится? Около 1700 километров в час! Вот с такой скоростью наша Земля (и мы вместе с ней) крутится вокруг своей оси! Все гоночные болиды «Формулы-1» даже рядом не стояли... в смысле не ехали.
Какими бывают движения? Такой вопрос может поставить в тупик. «Ну, движения... они бывают разные... Ходить, бегать, прыгать, кувыркаться, писать в тетрадке ручкой... Мыть посуду, подметать... На занятиях танцами изучают разные движения...» Разве можно описать их все? Учёные этим вопросом озадачились очень давно, почти две с половиной тысячи лет назад. И, поразмыслив, пришли к выводу: да, можно!
На Земле и вообще во Вселенной существует только два простых типа движения: поступательное и вращательное! Любые прочие движения можно представить в виде комбинации, «суммы» этих двух простых. Поступательное движение – это движение по прямой линии. Скажем, игрушечная (инерционная) машинка: толкнул её – и она поехала по прямой. Во время поступательного движения предмет движется целиком, «весь». Вращательное движение – более сложное. При таком движении у предмета всегда есть неподвижная точка – центр вращения.
Чувствуете разницу? Вот комната. Даже если сдвинуть к стенам всю мебель, всё равно места для того, чтобы как следует побегать (совершить поступательное движение), не хватит. А для того, чтобы всласть покружиться вокруг себя (вращательное движение), места более чем достаточно! Это замечательное свойство вращательного движения – двигаться, но при этом оставаться на месте – чрезвычайно интересовало ещё древних философов.
Вспомните ту же карусель во дворе. Или колесо обозрения в парке. Или стрелки часов, которые идут, хотя стоят (или хотя висят). Или хомяка в колесе. Они движутся, но при этом никуда не уезжают! Само собой, учёным было страшно интересно разобраться, отчего так происходит: вроде бы как и есть движение, а вроде бы как и нет?
Ещё больше древние учёные «зауважали» вращательное движение, когда разобрались в том, как работает рычаг: с помощью поворачивающегося вокруг оси рычага даже ребёнок может поднять очень тяжёлый груз! Магия, да и только!
Чтобы создать поступательное движение, нужна некая сила. Причём всего лишь одна сила! А вот чтобы создать вращательное движение, одной силы мало – нужно две! С поступательным движением, думаем, вам всё понятно – вот машинка, вот мы толкаем её рукой, вот она едет по столу. А вот про то, как две силы создают вращение – уже сложнее. Придётся ставить опыты и звать на помощь. (Листайте карусель)
Пусть Лучик будет «первая сила». Веснушка – «вторая сила». А в качестве предмета возьмём обыкновенную гимнастическую палку. Смотрим…
Случай первый
Силы находятся на одной прямой линии и направлены в противоположные стороны. То есть Лучик и Веснушка просто тянут палку на себя, каждый за свой конец. Что при этом происходит? Палка движется туда, где приложенная сила больше – «кто кого перетянул». Движение при этом поступательное. Никакого вращения!
Случай второй
Теперь силы находятся на одной прямой линии и направлены друг на друга. То есть Веснушка и Лучик толкают палку каждый от себя. И снова палка сдвинется поступательно в ту сторону, где приложена большая сила – «кто кого перетолкал». А если Лучик тянет палку, а Веснушка толкает? Тем более дви- жение будет поступательным!
Вывод: если две силы приложены вдоль одной и той же прямой линии, движение всегда будет поступательным.
Случай третий
А теперь силы не лежат на одной линии, но направлены в одну и ту же сторону, параллельны друг другу, как трамвайные рельсы, и равны между собой. Что в этом случае произойдёт? Ребята понесут палку снова поступательно, без какого-либо вращательного движения. Но...
Случай четвёртый
Что произойдёт, если наши силы направлены в одну и ту же сторону, но не равны? Если Веснушка тянет (или толкает) сильнее Лучика? Наша палка тут же начнёт поворачиваться! И если наши силы направлены в разные стороны, тогда наша палка тем более начнёт поворачиваться, у нас появляется вращательное движение!
Две силы, приложенные к двум разным точкам предмета, направленные в разные стороны и не лежащие на одной прямой, создают вращение или, как любят говорить физики, – крутящий момент.
Лучик:
Ха! Вот я же открываю дверь за ручку, дверь поворачивается вокруг петель! А я тяну за ручку только одной рукой, где же тут вторая сила?
Отличный вопрос и прекрасное наблюдение! Вторая сила тут есть… Просто она как бы «спряталась». Когда мы тянем или толкаем дверь, вторая сила – это реакция жёстко закреплённой опоры, сопротивление оси, то есть дверной петли. Так что запоминаем: нет второй силы – нет и крутящего момента.
А теперь представим, что мы летим в космос на машине времени примерно на 5 миллиардов лет назад. Вместо Солнца, Земли, всех планет и даже соседних звёзд мы обнаружим только огромное (20–30 световых лет в поперечнике!) и холодное газо-пылевое облако. Форма этого облака случайна, неправильна, чем-то оно напоминает колоссальных размеров клуб дыма от костра. На это облако действует сила притяжения центра нашей Галактики – но (в точности как в опытах с гимнастической палкой!) на разные «края» облака эта сила притяжения действует с немножко разной силой, направленной в немножко разные стороны... Оказывается, этого «немножко» вполне хватает для того, чтобы облако начало – чрезвычайно медленно! – вращаться.
Почему вращение прекращается? В физике есть несколько законов, которые учёные называют «законы сохранения». В частности, есть и закон сохранения крутящего момента. Оказывается, то самое вращательное движение, которое мы сообщили телу с помощью «пары сил», никуда и никогда не исчезает! Вращение может быть измерено – и «количество» этого вращения никогда не изменяется само по себе: чтобы остановить раскрученный предмет, нужно потратить ровно столько же энергии, сколько потратили на то, чтобы этот предмет раскрутить.
Нам сперва этот закон кажется неправильным, «неинтуитивным». Жизненный опыт говорит нам как раз об обратном: инерционная карусель во дворе после нескольких оборотов останавливается сама по себе. Раскрученное велосипедное колесо тоже останавливается само по себе. А закон сохранения утверждает, что и карусель, и колесо после раскрутки должны вращаться вечно! В чём же дело?
Дело в том, что и карусель, и колесо останавливаются из-за работы силы трения. Именно сила трения постепенно «отбирает» заданный во время раскрутки крутящий момент, и вращение в итоге останавливается. Уберите трение – и вращение не остановится никогда!
Российский изобретатель Нурбей Гулиа в своё время для того, чтобы максимально «убрать» трение, предложил использовать особые магнитные подвески и подшипники. Он построил демонстрационный прибор – «супермаховик» – круглый диск на магнитной подвеске. Во время демонстрации своих изобретений гостям он просто как бы нечаянно толкал диск рукой, тот начинал вращаться. Гость ждал 5 минут, 10 минут, 15... Диск продолжал вращаться, как будто его крутил невидимый вечный двигатель! Гость (уже из принципа) ждал полчаса, час, наконец профессор Гулиа со смехом объяснял, что диск в итоге остановится, но только часов через 12–15...
Итак, запоминаем: крутящий момент никуда не исчезает, на него действуют законы сохранения. Впрочем, у закона сохранения крутящего момента есть и другое название: «закон фигуриста». Вы видели фигурное катание? Вот фигуристка разводит руки широко в стороны, прыгает и начинает вращаться вокруг себя. Затем вдруг резко прижимает руки к груди – и начинает вращаться в два, в три, в четыре раза быстрее! Почему? Потому что момент остаётся «тот же самый» (сохраняется), а вот линейные размеры фигуриста как бы становятся меньше. И в силу закона сохранения скорость вращения возрастает.
Возможно, у кого-то из вас дома есть гимнастический (он же балансировочный) диск для занятий физкультурой. С этим диском можно провести занимательный опыт. Встаньте на диск, возьмите в руки гантели (нетяжёлые), разведите руки в стороны и попросите друга (маму, папу) раскрутить вас как можно быстрее. Сперва удержать равновесие на вращающемся круге будет трудно, но рано или поздно у вас получится. А теперь во время вращения резко притяните гантели к груди! Вы почувствуете, как гантели «сопротивляются» и как диск – сам по себе! – вдруг начинает крутиться всё быстрее и быстрее (можно даже от неожиданности вылететь с диска и набить себе шишку, так что аккуратнее).
Почему такое происходит? Потому что по закону сохранения крутящего момента частота (то есть скорость) вращения зависит от «плеча рычага», от «радиус-вектора», то есть от размеров вращающегося объекта, от того, как далеко груз расположен от центра вращения. Чем меньше размеры, чем груз ближе – тем вращение становится быстрее; чем больше размеры, чем груз дальше – тем вращение становится медленнее. Запомнили?
Наигравшись с физкультурными снарядами, повторно вернёмся в космос на 5 миллиардов лет назад, к нашему газо-пылевому облаку. Как вы помните, оно получило крутящий момент и начало медленно вращаться. Но дело в том, что на частицы внутри этого облака тоже действуют гравитационные силы. Или, скажем, статическое электричество – и эти частицы начинают потихоньку притягиваться друг к другу, облако сгущается, начинает становиться меньше и меньше – постепенно, очень постепенно, проходят миллионы и даже десятки миллионов лет.
Но в конце концов облако уменьшается во много раз, приобретает более-менее шарообразную форму и начинает вращаться уже очень даже быстро – в точности, как в нашем опыте с диском или как на чемпионате по фигурному катанию. Внутри быстро вращающегося газового шара образовались многочисленные мелкие «вихри», в которых концентрировались пыль и газ. Если вы пьёте чай с заваркой, а не из пакетика, размешивая сахар, обязательно понаблюдайте, какие сложные «кренделя» выписывают быстро движущиеся чаинки.
Постепенно эти «вихри» уплотнялись, превращаясь в зародыши будущих планет – планетеземали. Центральное сгущение превратилось в молодую звезду – наше Солнце. А планетеземали летали вокруг этого Солнца по орбитам, сталкивались друг с другом, раскалывались, снова сталкивались и сливались в единое целое – и продолжали вращаться, сохраняя заложенный в них ещё первоначальным облаком крутящий момент. Одна из таких планетеземалей в итоге стала той планетой, на которой мы с вами живём сейчас.
Итак, как можно ответить на вопрос Луки кратко? Землю раскрутил закон сохранения крутящего момента, он же закон сохранения момента вращения. А возник крутящий момент ещё во времена существования протопланетного газо-пылевого облака – просто благодаря той самой «случайной» паре сил. Помните?
Две разнонаправленные силы, не лежащие на одной прямой и приложенные к разным точкам предмета, обязательно порождают вращение, то есть крутящий момент. Всегда. Без вариантов.
Давайте поразмышляем… Как вы считаете, то, что наша Земля вращается со скоростью 1 оборот за 24 часа, это хорошо или плохо? Представьте себе, что вращение Земли замедлилось бы. День и ночь длятся не по 12 часов, а, например, по 48! Тогда нагреваться днём и остывать ночью Земля будет намного дольше. Дневная температура легко уйдёт за отметку +50 градусов, а ночью будет замерзать вода и может пойти снег! Представляете? Днём – лето, ночью – зима…
А если бы Земля вращалась быстрее? Только вообразите – 3 часа длится день и столько же ночь. Встали утром, пока до школы дошли – уже полдень. А к середине второго урока наступает самая настоящая ночь... Но и здесь главное неудобство – вовсе не в длине светового дня. А в том, что при таком быстром движении Земля не будет успевать прогреваться, растениям не будет хватать тепла. Плюс к тому же из-за очень быстрого вращения в атмосфере будут рождаться сильнейшие ветры и ураганы, а в океанах – штормы чудовищной силы... В общем, лучше всё оставить «как есть».
Друзья! Напоминаем, что сейчас проходит акция – скидка на годовую подписку на бумажный «Лучик». Успейте оформить подписку по льготной цене до 16 октября! Ссылка на онлайн подписку – в комментариях. Можно оформить подписку не только для себя, но и для сельской библиотеки, у которой нет такой возможности. Библиотеку можно выбрать здесь:
vk.ru/wall-177123660_768134
| # | Наименование новости | Тональность | Информативность | Дата публикации |
|---|---|---|---|---|
| 1 | В статье (см. ниже ссылку) описывают изменение Землёй ориентации вращения ... | 0 | 5.75 | 07-10-2026 |
| 2 | Пятничное... Pro реальность 🌏🌞 💎 Друзья, коллеги, я долго молчал. ... | 0 | 4.22 | 02-10-2026 |
| 3 | 🌕 **ЛУНА ПАДАЕТ НА ЗЕМЛЮ?** Да. И именно поэтому она ... | 0 | 6.84 | 10-10-2026 |
| 4 | 🌠 Рубрика: физика и космос Обычная гайка, открученная на космической ... | 0 | 7.12 | 01-10-2026 |
| 5 | Почему гравитация никогда не иссякает? Друзья, давайте сегодня зададимся вопросом ... | 0 | 5.06 | 04-10-2026 |
| 6 | На что реальное влияет положение планет. Гравитация: приливы и отливы. ... | 0 | 4.49 | 29-09-2026 |
| 7 | ЗЕМЛЯ ДЕРЖИТ БАЛАНС ЛУЧШЕ, ЧЕМ ДУМАЛИ УЧЕНЫЕ Кажется очевидным, что ... | 0 | 8.22 | 04-10-2026 |
| 8 | Пришло время выбрать Вы можете верить в шарик, который никто ... | 0 | 4.95 | 07-10-2026 |
| 9 | Доносите детям правильные слова о жизни в мире, все мы ... | 0 | 3.21 | 02-10-2026 |