Вращение

70. Почему смена дня и ночи не может считаться доказательством вращения Земли вокруг оси?

Потому что смена дня и ночи - следствие этого вращения. Нетрудно доказать это с помощью глобуса и переносной "лампы-Солнца", проделав несколько показательных опытов.

Первый опыт. Лампа неподвижна, глобус вращается вокруг оси (надо поворачивать его рукой справа налево, если смотреть на лампу, так как в этом направлении действительно вращается земной шар). Наблюдая за освещенной частью глобуса, легко убедиться в смене дня и ночи.

Второй опыт. Глобус неподвижен, "лампа-Солнце" перемещается вокруг глобуса в обратном направлении (против часовой стрелки). И в этом случае будет смена дня и ночи.

Следовательно, это явление может быть объяснено двояко: если Земля вращается и если она неподвижна. Ряд истинных физических и логических доказательств смены времени суток приведен был раньше.

71. Откуда Полярная Звезда получила свое название?

Как мы уже говорили выше, Полярная Звезда находится почти на продолжении земной оси и потому как бы не участвует в суточном движении. Это полезно продемонстрировать с помощью обыкновенного географического глобуса. Выберите такое место для глобуса, чтобы его ось была направлена на какой-нибудь предмет на потолке (например, на крюк лампы). Вращая глобус (в направлении против часовой стрелки) и смотря вдоль оси, легко заметить, что "лампа - Полярная Звезда" не изменяет своего положения, в то время как прочие предметы комнаты ("звезды") казались бы перемещающимися по направлению часовой стрелки, если бы наблюдатель мог следовать с вращением глобуса по любой параллели.

72. Где и как проверяются наиболее точные часы?

Совершенно точных, безошибочных часов нет и быть не может. На ходе всяких часов сказываются изменения температуры и давления воздуха, изнашивание механизма и многие другие причины. Задача современной техники - уменьшить до возможного предела указанные ошибки. Однако есть совершенные часы - это сама природа. Лучший часовой механизм - вращающаяся Земля. Далекие звезды, кажущиеся нам неподвижными, заменяют циферблат, а стрелкой служит обычно небольшая специальная астрономическая труба, так называемый пассажный инструмент.

Рис. 41. Схема пассажного инструмента

Этот инструмент устанавливается обычно в плоскости меридиана, так что каждую видимую на данной широте звезду можно наблюдать благодаря вращению Земли один раз в сутки (в момент прохождения ею плоскости меридиана). Это легко демонстрируется с помощью глобуса. Отделите мундштук папиросы от гильзы и прикрепите его булавкой к глобусу, установив ось "трубы" в направлении какого-нибудь меридиана. При вращении глобуса видно, как папироса - "пассажный инструмент" - последовательно направляется на стены комнаты или потолок, заменяющие небесный свод.

Современная техника создала многочисленные и разнообразные приборы, основанные на использовании астрономических инструментов и вращения Земли. Описывать их мы не станем. Но об одном из таких приборов нельзя не рассказать читателю, тем более, что в этом приборе тонко сочетаются изумительные достижения современной оптики, электротехники и других наук.

На знаменитой выставке в Чикаго (1933 г.), называвшейся "Век прогресса", было использовано следующее остроумное применение подобного инструмента. На крыше здания был установлен прибор, реагировавший только на свет одной звезды, (Арктур), которая на широте Чикаго восходит на небе и заходит в определенное время. Прибор двигался посредством точного механизма вслед за Арктуром, держа последний все время в поле своего "зрения". Как только в инструмент попадал луч этой звезды, моментально его световая энергия посредством высокочувствительного фотоэлемента превращалась в электрическую. Последняя, усиленная в миллионы раз особыми усилителями, "открывала" сразу все двери выставки, включала радио, приборы для рекламы и пр. С "уходом" же Арктура за горизонт особый прибор - "реле" - приводил в действие установки, возвещавшие о закрытии выставки, и затем все двери разом закрывались, радио выключалось, реклама прекращалась.

73. Назовите единицу времени.

Многие скажут "секунда"; меньшая часть назовет сутки. Однако, большинство не подозревает, что сутки бывают разные: солнечные и звездные (последние короче солнечных на 4 минуты).

Какие сутки в науке считаются основной единицей времени? Звездные, так как продолжительность их неизменна и соответствует промежутку времени, в течение которого земной шар совершает полный оборот вокруг своей оси. Продолжительность же солнечных суток в разное время года неодинакова; это зависит в основном от неравномерной скорости движения Земли вокруг Солнца^*, перемещающейся по эллипсу, хотя и незначительно отличающемуся от окружности. В общежитии же мы пользуемся особым условным "средним солнечным временем".

^*( Но не вращения Земли вокруг оси. )

Чем же объясняется разная продолжительность звездных и солнечных суток? Поясним это на наблюдении какой-нибудь звезды. Заметив ее в определенном направлении (лучше в плоскости меридиана), запомните время в этот момент. Завтра вы увидите эту же звезду в прежнем направлении уже 4 минутами раньше, - сказалось перемещение Земли в пространстве.

Чтобы основательно разобраться в разнице между постоянным звездным и периодически изменяющимся солнечным временем, советуем прочитать книгу: Полак, "Время и календарь", серия "Наука массам", 1934, ГТТИ.

Самый же принцип определения продолжительности звездных суток можно показать на глобусе.

Установите папиросу - "пассажный инструмент" - на глобусе, направив ее на какую-нибудь (звезду" (на лампу или на другой неподвижный предмет в комнате). Не сдвигая глобуса с места, поверните его вокруг оси. После полного поворота глобуса вокруг оси выбранный вамп предмет вновь придется против вашего "пассажного инструмента".

Продолжительность поворота глобуса вокруг оси на 360^о и покажет вам звездные сутки.

74. Сколько километров в секунду проходит вследствие вращения то место Земли, где вы живете?

Земной шар вращается, как твердое тело, а потому, чем больше точки поверхности удалены от оси вращения, тем скорость больше. Следовательно, быстрее всего движутся точки экватора, и скорость убывает с приближением к полюсам. Любая точка экватора перемещается со скоростью, примерно 1/2 км в 1 сек. [40 700 км: (24•60•60)]. Подобные же расчеты для любого пункта можно произвести, пользуясь особой формулой.

Незнакомые с тригонометрией могут приблизительно решить эту задачу, сравнивая длину одного градуса разных параллелей (см. стр. 61) с длиной одного градуса экватора.

Разная скорость вращения точек земной поверхности, отличающихся широтой, вызывает определенные явления: уменьшение напряжения тяжести по мере приближения к экватору (влияние центробежного эффекта)^* и уклонение к западу воздушных частиц, перемещающихся в направлении от полюсов к экватору (северо-восточные и юго-восточные пассаты). Для уяснения сказанного приклейте кусочки бумаги на различных параллелях и на экваторе глобуса; вращая глобус, легко проследить различную окружную скорость вращения на разных широтах.

^*( Имеет значение и то, что точки экватора более удалены от центра земного шара. )

75. Между Ленинградом и Москвой расстояние приблизительно 650 км и разница в местном времени около получаса^*. Сколько времени в Каире (расстояние его от Ленинграда приблизительно 3 300 км), когда в Ленинграде полдень?

^* (В Москве часы показывают больше, так как она восточнее Ленин града. )

До 1919 г. каждый город жил по своему местному времени, замененному впоследствии международным поясным (см. вопрос № 79).

Как показала практика автора, многие не вдумываются в смысл вопроса и, решая задачу на основе пропорции (330•1/2: 650) получают для времени в Капре 2 1/2 часа пополудни. Между тем, время в Каире одинаково с Ленинградом, так как оба города расположены почти на одном меридиане. Это можно разъяснить с помощью глобуса следующим образом. Пункты: Ленинград, Москва и Каир отметьте на глобусе мелом так, чтобы метки были видны издали. Глаза ваших товарищей "заменяют" Солнце. Вращайте глобус вокруг оси против часовой стрелки. Каждый наблюдатель из ваших товарищей увидит на вращающемся глобусе раньше Москву, а затем одновременно Ленинград и Каир.

Рис. 42. Разница во времени между Ленинградом и Лондоном составляет 2 часа

Отсюда важный вывод: на разных меридианах - время различное; на одном меридиане - одинаковое. Следовательно, если места отличаются долготой (лежат к востоку или к западу друг от друга, как, например, Ленинград и Москва), время в один и тот же момент различно, и чем больше разница по долготе, тем больше разница по времени. Разность же широт не влияет на изменение времени.

В тот момент, когда Ленинградский меридиан (30^о) проходит через плоскость, на которую смотрит ваш товарищ, там наступает полдень; когда в эту же плоскость придет меридиан 0^о, полдень наступит в Лондоне, а в Ленинграде будет уже более позднее время.

Сколько времени будут показывать в этот момент часы Ленинграда? Задача решается на основании следующего рассуждения. Полный оборот Земли (360 ^о) происходит в течение суток, или 24 часов. Вращение Земли равномерное, следовательно - в течение часа земной шар поворачивается на 15е (360^о: 24); в 2 часа - на 30^о и т. д.

Обратно: когда Земля повернется на 15^о, пройдет 1 час. В нашем примере расстояние между меридианами Ленинграда и Лондона 30^о; следовательно, постоянная разница во времени между этими городами равна двум часам. Ленинград лежит восточнее Лондона, и часы показывают там всегда больше, чем в Лондоне, на 2 часа. Следовательно, когда в столице Англии 12 часов дня, в Ленинграде уже 2 часа.

(Примечание: Если разница в долготе не делится без остатка на 15, то разница во времени выразится не целыми числами часов; ее легко подсчитать, пользуясь этой таблицей.)

76. Один город расположен восточнее другого на 30^о. Сколько времени в восточном пункте, когда в западном полдень?

Задача нагляднее всего решается также с помощью глобуса. Отметим мелом на глобусе для примера Лондон и Ленинград. Соответствующие меридианы - 0^о и 30^о к востоку. Лицо решающего задачу изображает Солнце. При вращении глобуса против часовой стрелки наблюдатель увидит сначала Ленинград, а затем Лондон.

77. Сколько времени во Владивостоке и в Ленинграде, когда в Москве 12 часов дня?

Задача решается также с помощью глобуса. Отметим на нем мелом Владивосток, Москву и Ленинград, а далее поступаем, как указано в предыдущем вопросе (глаза наблюдателя - Солнце, глобус вращается вокруг оси против часовой стрелки и т. д.). Убедившись, что время во Владивостоке больше, чем в Москве, а в Москве больше, чем в Ленинграде, сделаем простой расчет, для чего потребуется по глобусу определить с точностью хотя бы до градуса долготы этих городов.

Восточные долготы будут для Владивостока 131^о, для Москвы 37^о 30', для Ленинграда 30^о. Следовательно, во Владивостоке времени больше, чем в Москве, на 6 час. 16 мин., так как 131^о-37^о = 94^о.

Таким же способом узнаем, что ленинградское время меньше московского на 28 минут.

Во Владивостоке уже вечер, когда в Москве наступает на заводах обеденный перерыв

78. Сколько времени в Ленинграде и во Владивостоке, когда в Москве полдень?

Отметив мелом точки на глобусе, соответствующие положению Владивостока, Ленинграда и Москвы, поступаем, как сказано выше.

Находим: для Владивостока (131^о вост. долготы), для Москвы (37^о30' вост. долг.), для Ленинграда (30^о вост. долг.). Владивосток восточнее Москвы на 93^о 30', или (точно) на 6 ч. 14 м. больше во времени^*.

^*( 90^о - 6 ч.; 3^о - 12 мин.; 30' - 2 мин)

79. Почему часы Ленинграда, Москвы, Харькова, Киева, Минска, Пскова и многих городов Союза (европейской части) показывают одно и то же время, хотя, в их показаниях должна быть разница?

Как уже указано, время различно на различных меридианах (1^о дает уже 4 минуты), что создавало большие неудобства во многих отношениях. Вместо бесчисленных различных времен теперь существует только 24 различных времен на всем земном шаре. Поверхность земного шара разделена теперь на 24 пояса между меридианами (по 15^о в каждом поясе). Это лучше всего уяснить себе на глобусе. Обведите мелом (пунктиром) меридианы на 7^о 30' к востоку и на столько же градусов к западу от начального (Гринвичского) меридиана (0^о). Хотя фактическая разница на границах 1/2 часа (7'1/2•4 минуты), тем не менее все часы как на границах, так и внутри этого пояса ставятся по Гриничскому меридиану. Мы отметили нулевой пояс (западноевропейское время). Проведите теперь к востоку еще пунктирный меридиан по долготе 22^о 30'. Пояс между восточным меридианом 7 1/2 градуса и только что приведенным называется первым поясом (среднеевропейское время).

Внутри этого пояса часы устанавливаются одинаково, отвечая меридиану 15^о. Точно так же второй пояс считает время по меридиану 30^о, и его границы находятся между 22^о 30' (западная граница) и 37^о 30' (восточная граница).

Далее пояса идут к востоку через 15^о, и часы в этих поясах идут по ближайшему меридиану, кратному 15. Поясное время совпадает с местным только в середине пояса; на границах разница достигает получаса^*. Чем место ближе к центральному меридиану своего пояса, тем меньше разница между местным и поясным временем. Проведя мелом границы 2-го пояса, увидите, что указанные города все находятся во 2-м поясе, чем и объясняется их общее время.

^*( Для лучшего усвоения поясного времени рекомендуем книжки: Россовская - (Время и его измерение" Бялокоз - (Поясное время". Шокальский - (Поясное время". )

Рассматривая глобус с нанесенными на нем меридианами, легко убедиться, что:

Местное время совпадает с поясным 24 раза (во всех меридианах, делящихся на 15).

Минуты и секунды во всех поясах одинаковы.

При переезде из одного пояса в другой к востоку, часы переставляются на час вперед, а при переезде к западу - на час назад.

Много крупных городов и мелких стран умещаются в одном поясе.

Поясное время впервые введено в США в 1894 г., а в СССР - с 1919 г.

С помощью глобуса полезно решить ряд следующих задач на поясное время.

В Москве 14 ч. 12 м. 15 с. Сколько времени в этот момент во Владивостоке? (Ответ: 21 ч. 12 м. 15 с.)

В каком поясе находится пункт, если в нем поясное время 12 ч. 5 м. 10 с, а в Москве поясное время в этот момент 6 ч. 5 м. 10 с? (Ответ: в восьмом - разница с Москвой на 6 часов, то-есть настолько же поясов. Москва же находится во втором поясе).

Какие города СССР имеют меньшую поправку при переводе их местного времени на поясное? (Ответ: те, которые лежат ближе к меридианам, кратным 15).Назовем некоторые: Ленинград, Могилев, Одесса, Орджоникидзе, Грозный, Горький, Пенза, Ашхабад, Свердловск, Алма-Ата, Фрунзе, Енисейск, Верхнеудинск, Сретенск, Владивосток. Эту задачу лучше решить с помощью карты крупного масштаба).

Сколько различных времен в СССР (по поясному времени)? (Ответ: 10. Западные границы СССР находятся во втором поясе; восточные - в двенадцатом - (Чукотский мыс)

Назовите столицу крупного государства, которая расположена близко к среднему меридиану своего пояса. (Ответ: Лондон).

Назовите пояс, в котором поместилось больше всего отдельных государств. (Ответ: первый, среднеевропейский).

Назовите восточную границу шестого пояса. (Ответ: 97^о30', так как середина шестого пояса имеет долготу 90^о).

80. При первом кругосветном путешествии путешественники "потеряли" одни сутки. Как это могло произойти?

В 1519 г. началось первое кругосветное путешествие Магеллана, которое с трудом завершилось только в 1522 г. Из 5 кораблей с командой в 265 чел. закончил первый путь вокруг Земли корабль "Виктория". Из первоначального состава экипажа уцелели 21 человек, сам Магеллан погиб во время сражения с дикарями на Марианских островах.

Вернувшиеся после кругосветного путешествия в Испанию узнали, что там пятница, путешественники же считали этот день четвергом.

Счет дней они вели точно, - как же могла появиться разница на целые сутки?

Причину "потери" суток при кругосветном путешествии в западном направлении (и "выигрыша", если кругосветное путешествие совершается к востоку) нагляднее всего уяснить себе на глобусе.

Предположим, что путешественники отправились к западу от Гриничского меридиана и прошли в этом направлении 15^о (1/24 часть окружности). С помощью булавки прикрепите два флажка - один на Гриничском меридиане, другой на 15^о от него к западу. На флажке Гриничского меридиана напишите: 12 часов. Вращайте глобус перед собой против часовой стрелки до тех пор, пока против глаз не окажется Гриничский меридиан с флажком "12 часов". Который час в этот момент там, где стоит другой флажок? Очевидно, И часов, так как 12 наступит там после поворота глобуса еще на 15^о к востоку, то-есть когда глаза будут видеть этот флажок перед собой (в Гриниче к этому моменту будет час после полудня). Следовательно, путешественники, проехав 15^о к западу, потеряли целый час (на час позже у них взошло Солнце, чем в Гриниче). Переставив флажок на 15^о к западу, вы убедитесь, что "потеря" увеличится в 2 раза. Когда флажок окажется на противоположной стороне Гриничского меридиана, разница будет 12 часов. Если и дальше переставлять флажок в западном направлении, по часовой стрелке, а глобус вращать вокруг оси в том направлении, в каком действительно вращается Земля (против часовой стрелки), то на каждые 15^о пути разница будет возрастать еще на час. В результате и "потеряются" сутки.

Рассуждая таким же образом, но переставляя флажки к востоку, убедимся, что при кругосветном путешествии к востоку сутки выигрываются.

81. Для любого места к востоку время дня прибавляется. Следовательно, где-то наступил на земном шаре в данный момент... завтрашний день. К западу - время убывает. Следовательно, где-то завтрашний день должен встретиться со вчерашним. Так ли?

Берем опять глобус. Наше лицо - Солнце. Поворачиваем интересующий нас меридиан против глаза. Через каждые 15^о, разделяющие меридианы по экватору, втыкаем флажки. На ближайшем к нашим глазам флажке, находящемся на интересующем нас меридиане, надписываем "12 часов". К востоку пойдут флажки (3 ч.), "14 ч." и т. д. На противоположном меридиане будет "24 ч." - начало завтрашнего дня. К западу же показания часов на флажках будут меньше - 11, 10, 9 и т. д. Наконец, также на противоположной стороне на одном меридиане с "завтрашним днем" встретится вчерашний день.

Но ведь такое рассуждение можно вести для любого пункта в любой день. Где же в действительности начинается завтрашний день?

82. В каком месте Земли раньше всего наступило сегодняшнее число?

Разбирая два предыдущих вопроса, мы встретили, казалось бы, непреодолимые затруднения. Они однако устраняются введением линии "смены дат", или демаркационной линии (линии раздела), проходящей, с небольшими уклонениями в отдельных местах, по меридиану 180^о от Гриничского. При пересечении этого меридиана в восточном направлении корабль дважды повторяет текущее число в судовом журнале (чтобы не "выиграть" лишних суток). Напротив, при пересечении демаркационной линии в западном направлении одни сутки пропускаются, чтобы избежать "потери", как это произошло со спутниками Магеллана.

Демаркационная линия разграничивает "завтрашний" и "сегодняшний" день. Здесь начинается каждое новое число месяца, - происходит смена дат.

83. Почему Гриничский меридиан удобнее, как начальный, чем любой иной?

Линия перемены дат (180^о) проходит по водным пространствам, что во всех отношениях удобнее. Подумайте, какая бы была путаница, если бы эта линия проходила между крупными городами, находящимися недалеко друг от друга; разделенные фактически несколькими часами, они должны были бы различаться во времени на целые сутки. Некоторое отступление демаркационной линии от меридиана 180^о объясняется практическими надобностями: Чукотский мыс считает время по 12-му поясу, время Алеутских островов сообразуется со временем Аляски и т. д.

Попутно, пользуясь глобусом, назовите города СССР, где раньше начинается каждое число месяца (Петропавловск на Камчатке, Охотск).

Укажите место суши, где раньше начинается новый год (на острове Новая Зеландия).

84. В момент, когда мы замечаем самую короткую тень - сколько времени показывают наши часы?

Не "12 часов", как обычно отвечают, а на час больше. Мы живем по "декретному времени", то-есть на час вперед (по времени следующего восточного пояса). Перевод стрелки на час вперед приносит нашей стране большую экономическую выгоду, освобождая транспорт по перевозке угля или иного топлива, необходимого для получения электроэнергии на ранний час. Живя на час вперед, но регулируя жизнь по обычному расписанию, мы фактически на час раньше начинаем наш день и на час раньше ложимся спать, чем достигается значительная экономия электрической энергии. Утром, даже зимой, несмотря на начало работы часом раньше, электроэнергии на освещение тратится значительно меньше, чем в течение часа вечером.

85. Как понять часто встречающееся выражение "по московскому времени"?

Наши часы идут по поясному времени, а потому приведенное выражение нельзя считать точным. Надо было бы говорить: "по времени второго пояса" (в котором находятся и Ленинград и Москва). Но Ленинград находится почти на середине второго пояса (а Москва на границе его), следовательно, казалось бы, надо было бы "московское" время заменить "ленинградским". Однако, после перевода стрелки на час вперед московское местное время стало уже меньше отличаться, чем ленинградское, от времени третьего пояса (меридиан 45^о).

Таким образом, "московское" время и есть время третьего пояса, которое привилось у нас под названием московского времени.

86. Есть ли связь между Гольфстримом и вращением Земли?

Постоянные ветры в районе экватора - пассаты - отклоняются вследствие вращения Земли вокруг оси в направлении с запада на восток. Легко доказать, что если бы вращение Земного шара происходило в обратном направлении, то направление пассатов было бы иным: вместо северо-восточных и юго-восточных пассатов мы наблюдали бы северо-западные и юго-западные ветры. Если бы Земля совершенно не вращалась вокруг оси, а смена дня и ночи происходила от движения Солнца, то направление воздушных масс, притекающих к экватору, не уклонялось бы к востоку или к западу.

Благодаря большему нагреванию Солнцем экваториальной зоны Земли, там происходит постоянное вытеснение вверх воздуха подтекающими с севера и юга (по низу) массами менее нагретого воздуха. Вращение же Земли вызывает указанные отклонения. В результате в экваториальной части и образуются постоянные ветры, порождающие на поверхности океана постоянные течения. Так возникает и Гольфстрим (это произношение более правильно, нежели распространенное "Гольфштрем").

Рис. 43. Карта течений Гольфстрима

Гольфстрим, как и всякое, морское течение, - река в океане без твердых берегов. Скорость течения в некоторых участках очень значительна и доходит до 110 км в час (во флоридском проливе). Гольфстрим омывает берега Ирландии, Шотландии и Норвегии, доставляя тепло прибрежным странам. Благодаря действию теплых вод Гольфстрима, не замерзает наш Мурманский порт. Гольфстрим имеет большое значение для режима погоды Европы и даже части Азии. Существует связь между отклонениями погоды от нормы и Гольфстримом (температура воды этого течения непостоянна).