Как рождается гравитация. Геннадий Ершов
не сжимается на полюсах,
она расширяется на экваторе.
Земля – не шар, она имеет форму эллипсоида вращения, сплюснутого у полюсов. Для оценки сжатия Земли человечеству потребовалось немало усилий. А началось все это из-за расхождения хода часов. Француз Жан Рише в 1672 г. заметил, что его маятниковые часы, точно показывающие время в Париже, вдруг стали отставать на 2,5 минуты в сутки близ экватора в г. Кайенне (Французская Гвиана). Возникло подозрение, что почему-то полегчал груз, приводящий в движение механизм часов. Об этой истории стало известно Ньютону, который дал первую численную оценку величины сжатия Земли с учетом центробежной силы вращения. По его данным, разница между полярным и экваториальным радиусами должна составлять 1/230 долю от среднего радиуса. Эта оценка в течение почти столетия оставалась лучшей и наиболее обоснованной.
Рис. 2.7. Расширение Земли на экваторе. 1 – ось вращения, 2 – геоид, 3 – расширение за счет центробежной силы, 4 – расширение за счет электромагнитных сил излучения, 5 – расширение Земли.
Сжатие Земли экспериментально было подтверждено после обработки данных геодезических измерений двух французских экспедиций в Перу и Лапландию в 1730 г.
Исследованием фигуры Земли Занималось много ученых: Клеро, Пуанкаре, Лаплас, Лежандр, Стокс, Вихерт, Дарвин, Маклорен, Якоби и др. Было создано научное направление – теория фигур равновесия небесных тел.
Быстрое уточнение фигуры Земли началось с момента запуска искусственных спутников Земли. Сейчас величина сжатия вычислена довольно точно и в действительности равна 1/298.25.
Отношение разности большой экваториальной полуоси (а) земного эллипсоида и малой полярной полуоси (b) к большой полуоси, т. е. дробь: (a-b) /a называется сжатием Земли. Иногда это соотношение называют сплюснутостью Земли. Я не совсем согласен с признанным и устоявшимся в науке словосочетанием «сжатие Земли», на мой взгляд, более адекватным было бы словосочетание «расширение Земли». Земля не сжимается на полюсах, она расширяется на экваторе. За счет каких сил расширяется Земля, рассмотрим это явление подробнее.
2.8.2. Расширение Земли
Ньютон для определения сжатия Земли воспользовался моделью с двумя перпендикулярными сообщающимися скважинами (колодцами), пробуренными через центр Земли: одна – по оси вращения, другая – от экватора, и заполнил их водой. По логике, за счет центробежной силы вода в данных скважинах должна установиться на разных уровнях – в экваториальном колодце уровень воды должен быть выше. Во времена Ньютона не было практических данных измерения, сейчас эти данные есть, но они не согласуются с расчетными.
Приведу один из таких расчетов.
На тело массой m на поверхности Земли действует центробежная сила Fc и сила тяжести Fg.
Fc=mω2R
Fg=GmM/R2
M – масса Земли, R – ее радиус.
При этом угловая скорость будет равна:
ω=2π/86400 об/с