חוזק כדור הארץ |
|
אכן, מה היה קורה לכדור הארץ אם הוא יהפוך לנוזל? מתוך ידיעה יומיומית שמוצקים מאבדים את צורתם כשהם נמסים, אנו עשויים לצפות שזה יקרה עם כדור הארץ. אבל במציאות זה לא יקרה. באותם עצמים איתם אנו מתמודדים בחיים המעשיים, היכולת לשמור על צורה נובעת מכוחות הפועלים בין אטומים קרובים. אבל כאלה "כָּבֵד" הגוף, כמו כדור הארץ, גם כוח הכבידה מתחיל למלא תפקיד חיוני, שבעזרתו כל המסה של כדור הארץ מושכת כל אחד מחלקיקיו. זה היה מבטיח בעצם את שמירת הצורה הנוכחית של כדור הארץ, גם אם כדור הארץ שלנו היה הופך לגוף נוזלי. כתוצאה מכך, כאשר מחשבים את העיוותים של כדור הארץ ומעריכים את חוזקו בכללותו (ולא דגימות סלע בודדות), יש צורך לקחת בחשבון הן את התכונות האלסטיות של חומר כדור הארץ והן את השפעת כוח הכבידה עליו. המעבדות בוחנות את התכונות המכניות של סלעים שנלקחו מהשכבה החיצונית של כדור הארץ בעובי של כמה קילומטרים בלבד. שכבה זו משפיעה על חוזק כדור הארץ בכללותו מעט יותר משכבה דקה של צבע המונחת על פניו משפיעה על חוזקו של כדור מתכת. מידע על השכבות העמוקות יותר של כדור הארץ מסופק לנו בעיקר על ידי מחקר התפשטות הגלים הסייסמיים. לא פלא שהאקדמאי ב 'ב' גוליצין כינה את רעידת האדמה פנס, אשר מהבהב לרגע מאפשר לנו לראות את פנים כדור הארץ. אבל כשמפתחים את ההשוואה הזו, עלינו לומר שאור של פנס כזה מתעמעם בעומק של 2,900 ק"מ מעל פני כדור הארץ. להלן ליבת כדור הארץ, דרכה עוברים רק גלי סייסמיים אורכיים. לכן, על מנת לאמוד את חוזק כדור הארץ בכללותו, עלינו לשקול את בעיית העיוותים והלחצים של כדור הכבידה, המורכב מקליפה אלסטית לא הומוגנית וליבה. כיצד ניתן לראות את הצפיפות והתכונות האלסטיות של המעטפת עם עומק. ביחס לליבה, צריך להתחיל בהשערות. לכן, טבעי להניח שהליבה, אולי למעט החלק המרכזי שלה, נמצאת במצב נוזלי, מכיוון שגלים סייסמיים רוחביים לא עוברים דרכה. (שים לב שהשערת הליבה הנוזלית של כדור הארץ נחשבה עוד לפני הופעתה של הסייסמולוגיה. אך אז הופרכה, משום שהאמינו כי מעטפת כדור הארץ עובי רק כמה קילומטרים או עשרות קילומטרים, וקליפה כזו עם מעטפת הליבה הנוזלית, כפי שהראה וו 'תומסון, הייתה מתנפצת על ידי הגאות בליבה.)
כוחות הגאות פועלים ללא הרף על כדור הארץ, מותחים אותו לאורך הקווים הישרים המחברים את מרכז כדור הארץ עם מרכזי הירח והשמש. פני האדמה מתכופפים תחת עומס המוני אוויר באזורים עם לחץ אטמוספרי גבוה. על כל חלקיקי כדור הארץ פועלים כוח צנטריפוגלי המכוון בניצב לציר הסיבוב של כדור הארץ.ברור שכיוון הכוח הזה ישתנה אם מיקום ציר הסיבוב בגוף כדור הארץ ישתנה. והעובדה שזה באמת קורה התבססה בסוף המאה הקודמת. ניתן לחשב את גודל הכיוונים שלעיל. אם ניקח מודל כלשהו של כדור הארץ, נוכל למצוא תיאורטית גם את העיוות של כדור הארץ כאשר כוחות אלה מופעלים עליו, למשל, לחשב כיצד ישתנו מרחקים של נקודות שונות על פני כדור הארץ ממרכזו. קחו לדוגמא את כוח הגאות והשפל, שכאמור, מותח את כדור הארץ לאורך קו ישר המחבר את מרכזו O עם מרכז L של הגוף המטריד: הירח או השמש. בהשפעתו, פני כדור הארץ, אם זה היה כדור רגיל של רדיוס R, היה מקבל צורה של אליפסואיד של מהפכה כאשר הציר החצי-מרכזי מכוון ל L. נניח שהצלחנו לחשב מה ההבדל - R שווה למודל זה. ואז נוכל למצוא את שינוי האורך ברדיוס הווקטור p של כל נקודה על פני כדור הארץ. שינויים אלה הם קטנים. באף אחד מהמודלים הנחשבים תיאורטית של כדור הארץ, התנודות המרביות באורך p בהשפעתם המשותפת של הירח והשמש אינן מגיעות למטר אחד. ברור שלא ניתן למדוד שינויים כאלה באופן ישיר. מדוע היינו צריכים להמציא אוקיינוס "חסר משקל"? כן, מכיוון שהגאות באוקיאנוס האמיתי מסבכת מעט את התופעה: היא מובילה לשינויים בפוטנציאל הכבידה של כדור הארץ עצמו. העיוותים האלסטיים של כדור הארץ נותנים השפעה דומה. היחס בין השינוי בפוטנציאל הכבידה של כדור הארץ לפוטנציאל החיצוני, שינוי זה הגורם לו, נקבע על ידי הסמל k. הפרמטרים h ו- k נקראים מספרי אהבה, על שם הגאופיזיקאי האנגלי שהציג לראשונה את הפרמטרים הללו כדי לאפיין את התכונות המכניות של כדור הארץ בכללותו. הפרמטרים הללו מחושבים תיאורטית עבור מודלים שונים של כדור הארץ; הם מנסים לקבוע אותם מתוך ניתוח תצפיות על תופעות שונות. מהן התופעות הללו? בואו לרשום את החשובים שבהם:
זה המקרה עם כדור הארץ המוצק לחלוטין. אך אם ניקח בחשבון שכדור הארץ מעוות בהשפעת כוחות שונים, התמונה תתגלה כמורכבת יותר. כוחות הגאות והשפל מעוותים את כדור הארץ כך שדחיסתו משתנה מעט כל הזמן. המשמעות היא שבמודל שלנו מסת הטבעת תשתנה, וזה בתורו יתבטא בתנודות תקופתיות חלשות במהירות הזוויתית של סיבוב כדור הארץ. כאשר דחיסתו פוחתת, המהירות עולה וכדור הארץ מתחיל לעקוף באופן שווה זה צד אחד של הנושא. אך העיוותים של כדור הארץ משפיעים על סיבובו בדרך אחרת. כדי להסביר איך בדיוק, בואו לחוות את החוויה הנפשית הבאה. בואו נדמיין שהסיבוב של כדור הארץ נעצר וכוח הצנטריפוגלי כבר לא פועל עליו. יתר על כן, אם כדור הארץ היה גוף מוצק לחלוטין, צורתו תישאר זהה. אם כדור הארץ היה גוף נוזלי, הוא היה מקבל צורה של כדור רגיל. עודף המסות המשווניות, ואיתו הטבעת במודל שלנו, ייעלם אז לגמרי. אך על כדור הארץ האמיתי, כאשר סיבובו ייפסק, כוחות אלסטיים פנימיים ייכנסו לשחק. הם יתנגדו לכוחות הכבידה, ובזכות זה כדור הארץ עדיין יישאר ספרואיד דחוס, אם כי דחיסתו תפחת. מכאן שמסת הטבעת של המודל שלנו תפחת גם היא. כמה? זו השאלה העיקרית שעל פתרונה תלויה הערכת קשיות כדור הארץ. ציינו שתקופת התזונה החופשית קצרה יותר, ככל שעודף המסה המשווני גדול יותר, כלומר מסת הטבעת. עבור כדור הארץ מוצק לחלוטין, תקופה זו תהיה שווה ל -305 יום. במציאות, כפי שמראה ניתוח הנתונים על תנועת הקטבים של כדור הארץ במהלך 70 השנים האחרונות, הוא קרוב ל -430 יום. זה הוסבר על ידי העובדה שתקופת התזונה החופשית אינה תלויה בכל עודף המוני של המשווה, אלא רק בחלק זה שלא ייעלם אם פעולת הכוח הצנטריפוגלי תיפסק. לפיכך, קל לחשב שסיום הסיבוב מפחית את מסת הטבעת של המודל שלנו ב -30%. (ליתר דיוק, טבעת זו מחולקת לשניים, ואחת מהן, המכילה כשליש מהמסה הכוללת, מותקנת תמיד במישור הניצב לציר הסיבוב המיידי, ואינה משפיעה על תנועת ציר זה בציר הגוף של כדור הארץ.) המספר הנ"ל מראה באילו תנאים יהיה איזון בין כוחות הכבידה החותרים להפוך את כדור הארץ לכדור, לבין כוחות אלסטיים השואפים לשמור על צורתו ללא שינוי. במהלך עבודות אלה שוכללו כמה מסקנות של תורת הסיבוב של כדור הארץ עם ליבה נוזלית. לפיכך, התברר כי השפעת הליבה הנוזלית אמורה להוביל לשינויים במשרעות של תנודות מסוימות בציר כדור הארץ בחלל (תזונה מאולצת). זה גם בא לידי ביטוי בכך שתנועה מעגלית חלשה אחת נוספת עם פרק זמן קרוב לימים מתווספת למרכיבים הידועים כבר בתנועת הקטבים של כדור הארץ. למצוא את ההשפעות הללו הוא אתגר שנמצא בגבול היכולות של האסטרונומיה המודרנית. אבל היה שווה לנסות. ניסיון כזה נעשה על ידי אסטרונומים אוקראינים. זה התברר כמוצלח. בפרט, נ.א. פופוב הצליח לאתר בתצפיות ארוכות טווח של שני כוכבי זנית בפולטבה, תנודות חלשות בקו רוחב עם תקופה שניבאה על ידי התיאוריה של ס.מ. מודנסקי. לפיכך, הושגו טיעונים חדשים לטובת השערת הגרעין הנוזלי של כדור הארץ. כעת אנו יכולים לומר שכדור הארץ בכללותו נראה חזק יותר מכדור פלדה חלול שעליו קליפה בעובי של כ -3,000 ק"מ. עם זאת, ניתן להתנגד לדברים הבאים להערכה כזו. כל מסקנותינו הוסקו ממחקר העיוותים החלשים מאוד. האם נוכל להשתמש בהם אם עלינו לחשב את פעולות הכוחות הגורמות לעיוותים משמעותיים הרבה יותר ואף לאיים על שלמות כדור הארץ שלנו? ככל הנראה, אי אפשר בלי התאמות משמעותיות.אך האם קיים איום על הופעתם של כוחות כה חזקים, עד שחישובים כאלה יהפכו להיות נחוצים? האם זה לא יקרה, נניח, מכיוון שמשטר הסיבוב של הפלנטה שלנו ישובש באופן משמעותי? קשה למצוא סיבות טבעיות לכך. עם זאת, לאורך זמן האם אנשים לא יוכלו לשנות את סיבוב כדור הארץ לפי שיקול דעתם האישי? זו לא הפעם הראשונה ששאלה זו נשאלת.
עם זאת, העניין הסתיים בכלום. התברר כי בחישוביהם מהנדסי חברת הארקטי עשו טעות גסה: הם לא לקחו בחשבון את העובדה שכדור הארץ אינו כדור, אלא יש להם מסה נוספת בחגורת המשווה. בהתחשב במסה זו, מהנדס צרפתי אחד ערך חישובים חדשים והראה כי תחת פעולת הזריקה המוקרנת, מוטות כדור הארץ ינועו על פניו ב -3 מיקרון בלבד. סקרן שהסיפור הזה, כפי שמסופר בספר "סיבוב כדור הארץ" לגאופיזיקאים האמריקאים מונק ומקדונלד יש המשך מודרני. ב. במהלך הבחירות לנשיאות בשנת 1956 אמר הסנטור אסטס קפובר, המועמד לתפקיד סגן הנשיא, כי כתוצאה מבדיקות של פצצות מימן, ציר כדור הארץ יכול לסטות ב -10 °. עם זאת, חישובים מדויקים מראים אחרת. האנרגיה המשתחררת מפיצוץ פצצת מימן בהספק בינוני תספיק בכדי להעניק לקליע במשקל מיליון טון מהירות של 11 קילומטר לשנייה. אבל רתיעה של תותח שהיה יורה ירייה כזו הייתה מעקירה את הקוטב של כדור הארץ במיקרון אחד בלבד. "ו -70 שנה אחרי ז'ול ורן,- שימו לב למחברים, - חברי ממשלת וושינגטון עדיין מסרבים להכיר בקיומו ובמשמעותו של העודף המשווני של ההמונים "... כתוצאה מכך, אפילו האמצעים החזקים במיוחד שיש לאנשים כיום אינם מספיקים להשפעה מוחשית על סיבוב כדור הארץ. לכן, הפלנטה שלנו איתנה ועמידה מספיק כדי לעמוד בכוחות הפועלים מעת לעת או לזמן קצר: הם רק מעוותים אותה בעדינות. אך ההשפעה עשויה להיות שונה אם הכוחות פועלים באותו כיוון במשך מיליוני שנים. ככל הנראה, ביחס לכוחות כאלה, כדור הארץ לא מתנהג כגוף אלסטי באופן אידיאלי, אלא כגוף פלסטי שמשנה את צורתו, אם כי לאט, אך באופן משמעותי. כאן אנו מגיעים לסוגיות ההתפתחות של כדור הארץ והתפקיד שממלאים בו תהליכים פנימיים. הם יוצרים מתח בגוף כדור הארץ, ולעיתים עולים על חוזקו האולטימטיבי. יתכן שבמקביל דפורמציות גאות ושפל של כדור הארץ ואפילו הפרעות קלות בקביעות סיבובו ממלאות לעיתים את התפקיד של "טריגר", כלומר ההלם האחרון שגורם לקרעים ושינויים בקרום כדור הארץ ומעטפתו. . התופעות האחרונות, בתורן, יכולות להשפיע על סיבוב כדור הארץ, וגיאופיזיקאים ואסטרונומים מחפשים כעת באופן פעיל ביטויים של השפעה זו. א 'פדורוב |
"אה, אם גם זה, גוף כבד מדי שנמס, מומס, הפך לטל!" הגיאופיזיקאי האנגלי המפורסם הרולד ג'פריס לקח את המילים האלה של המלט כאפיגרף לאחד מפרקי ספרו. "כדור הארץ".
כדי לבדוק השערות לגבי תכונות הגרעין, טבעי לפנות לחוויה. אך על איזה סוג חוויה אנו יכולים לדבר כאשר אנו מתמודדים עם גוף בגודל כדור הארץ? ואכן, על מנת לבדוק את חוזקו של מוצר כלשהו, דוגמה ממוצר זה מונחת במכונה מיוחדת, נמתחת בה, מעוותת או דחוסה. במקרה זה, הן הכוחות המופעלים והן העיוות של המדגם נרשמים בו זמנית. אך אין לנו אפשרות, על פי שיקול דעתנו, להפעיל כוחות על כדור הארץ המספיקים לשינוי צורתו ולו במעט. עלינו להסתפק במה שהטבע עצמו נותן.
אם ציר הסיבוב של כדור הארץ ניצב למישור הטבעת, כלומר, עולה בקנה אחד עם ציר הסימטריה של המודל, הכוח הצנטריפוגלי לא ישפיע על סיבוב המודל - אלא רק ימתח את הטבעת. אך ברגע שציר הסיבוב חורג מציר הסימטריה, פעולת הכוח הצנטריפוגלי מתחילה להתבטא כמו פעולת זוג כוחות, שכביכול מנסה ליישב את הצירים שהוזכרו. עם זאת, ההשפעה מעט בלתי צפויה: ציר הסיבוב אינו עולה בקנה אחד עם ציר הסימטריה, אלא מתחיל לנוע סביבו, ומתאר משטח חרוטי בגוף כדור הארץ. לתנועה זו קוראים תזונה חופשית, ותקופה קצרה יותר, ככל שמסת הטבעת גדולה יותר.
סיפורו מתחיל ברומן מאת ז'ול ורן "מלמטה למעלה"... הוא מספר על הפרויקט של חברת התעשייה הארקטית לסיבוב ציר כדור הארץ בזווית של 23 מעלות, תוך שימוש בדחיפה שהתותח יכול לתת לכדור הארץ עקב הרתיעה בעת ירי. על פי חישובי המהנדסים של החברה הנ"ל, לשם כך עליך לירות פגז במשקל 180 אלף טון מהתותח. פרויקט זה עורר תחילה עניין, אחר כך אזעקה ולבסוף לבהלה, שכן יישומו יביא לתוצאות הרות אסון רבות.
| מה זה כלוב? | דו מימד פיזיולוגי של מידע: מנגנונים והשלכות |
|---|
מתכונים חדשים
