Техника - молодёжи 1953-06, страница 15

ф. бублейников

Маятник - обязательный спутник геофизика, отправляющегося в далекое путешествие. И когда впервые человек совершит полет на Луну или Марс, одним из важнейших приборов межпланетного путешественника будет маятник.

Ученым маятник служит не только для отсчитывания секунд и минут. С помощью маятника они узнали многие свойства Земли.

Земля обладает твердостью, упругостью и другими физическими свойствами подобно любому твердому телу.

На земной шар действуют притяжение Луны и Солнца, центробежные силы, возникающие вследствие ее вращения вокруг оси и вокруг общего центра тяжести с Луной.

Эти силы несколько изменяют форму огромной Земли.

У Земли сильно проявляется свойство, незаметное у небольших тел: способность притягивать к себе все тела.

Как же изучить свойства Земли?

Это можно сделать, наблюдая с помощью чрезвычайно чувствительных приборов некоторые явления на ее поверхности. Приборы, позволяющие делать такие наблюдения, очень остроумны.

Прибор, оказавший огромные услуги науке о Земле, - это обыкновенный маятник. Он хорошо известен всем как регулятор хода стенных часов. Колеблющийся маятник отзывается на изменение силы тяжести подобно термометру, показывающему температуру. С его помощью изучают, как меняется сила тяжести на земной поверхности в зависимости от близости к полюсу или экватору.

Маятник позволил заметить и изменение формы Земли под действием притяжения ее Луной и Солнцем.

МАЯТНИК

Самый простой маятник-это тяжелый шарик на тонкой нити. Именно он наиболее удобен для опытов, а не тот, который всем хорошо известен по стенным часам.

Первый из них почти подобен так называемому математическому маятнику — тяжелой точке на нити, второй называют физическим маятником.

Длина маятника — расстояние от точки подвеса до особой точки - центра качаний. Она легко определяется у простого маятника.

изучаи основе

нанки

Рис. А. КАТКОВСКОГО

/

Отведенная в сторону и отпущенная гирька должна падать вертикально. Но нить отклоняет ее и направляет по дуге. Гирька движется под действием тяжести по дуге круга подобно тому, как скатывается тяжелый шарик по наклонной плоскости. В момент, когда она достигает самой нижней точки своего пути, нить маятника становится вертикальной. Теперь тяжесть уже не заставляет гирьку двигаться. Но гирька не останавливается. В тот момент скорость ее движения достигает наибольшей величины, и она продолжает двигаться, поднимаясь вверх по дуге круга. По окончании одного размаха движение гирьки происходит в обратном направлении.

Удлиняя нить маятника, нетрудно видеть, что колебания его замедляются. Если маятник стал в четыре раза длиннее, период его размаха становится в два раза продолжительней. При укорачивании же маятника и период его колебаний делается короче.

Вес маятника не влияет на период его колебаний: свинцовая пуля и легкая пробка на нитях равной длины движутся в лад, не отставая друг от друга.

Поднявшись с секундным маятником на высокую гору, мы могли бы заметить, что он замедлил свои колебания. Если сосчитать, сколько сделает секундный маятник колебаний на высокой горе в течение нескольких часов, то окажется, что число их меньше, чем у подошвы горы.

Что же замедлило колебания маятника? Ослабление силы тяжести на горе по сравнению с равниной.

Как известно, сила тяжести изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли.

На горе маятник находится дальше от него, чем на равнине. Сила тяжести уменьшилась, а поэтому замедлились колебания маятника.

ИЗМЕНЕНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ НА ЗЕМЛЕ

П ереезжая с маятниковыми часами, ученые давно заметили, что при

переезде с севера на юг часы начинают отставать. Это продолжается до самого экватора. Очевидно, маят*-ник часов замедляет свои колебания. Так как длина его при переезде не меняется, значит следует сделать вывод, что чем ближе к экватору, тем меньше весит его груз.

В чем же причина этого явления?

Ученые уже давно разгадали ее: она заключается в центробежной силе, возникающей на земной поверхности вследствие вращения Земли, а также в сжатии земного шара.

Посмотрим, как возникает и действует на Земле центробежная сила. Всем хорошо известно, что, вращая на шнурке вокруг руки гирьку, мы чувствуем силу, натягивающую шнурок. Это и есть центробежная сила, которая стремится оторвать гирьку от шнурка.

Нечто подобное происходит и о вращающейся Землей: каждое тело на земной поверхности стремится удалиться от оси Земли. Поэтому оно становится немного легче.

В районе залегания ископаемого с удельным весом, большим, чем у окружающих пород, сила тяжести возрастает — колебания маятника за счет этого убыст-ряются. Над месторождениями же легких ископаемых маятник замедляет свой ход.

Чем дальше от полюса, тем описываемый телом круг становится все шире. Скорость движения тела делается все больше и больше, а вместе с ней растет и центробежная сила. Наибольшей величины центробежная сила достигает на экваторе. Там она уменьшает вес тела на 1/289 часть его веса на полюсе. В местах на север и на юг от экватора потеря веса менее заметна, но все-таки есть. Вот почему и маятник при переезде к экватору колеблется медленней: ведь масса маятника остается прежней, а сила притяжения становится меньше.