Виль Борисович Ермолин

Образование Солнечной системы

Итак, рассмотрим рис. 1, на котором изображены один большой и 4 малых круга. Большой круг — это условная орбита движения малого круга, например Солнца, движущегося по этой орбите в направлении, указанном стрелками, причём изображены четыре точки на орбите, в которых этот круг оказывается при его движении по орбите вокруг точки 0. Под этим малым кругом подразумевается шар, имеющий определённую массу, который в свободном пространстве совершает движение по круговой орбите (например, под действием поля гравитации, находящегося в точке 0). Но все тела, находящиеся в свободном пространстве, помимо движения по определённым орбитам ещё и вращаются вокруг собственной оси. Не вращающихся вокруг собственной оси тел в природе не существует, поскольку это состояние невращения — единственное, а вращений с разной скоростью и у этого, и у любого другого тела может быть миллионы. В верхней части рисунка (т. «А») положение оси вращения «СЮ» шара находится под углом 90° по отношению к радиусу орбиты и лежит в плоскости движения по орбите. При этом, как мы уже указывали выше, он вращается вокруг собственной оси, двигаясь также и по круговой орбите вокруг т. «O». Пусть его вращение вокруг собственной оси будет по часовой стрелке, если смотреть на него со стороны южного полюса "Ю", а движение по орбите против часовой стрелки (как обозначено стрелками на рис. 1). Из рис. видно, что точки «k1» поверхности шара, расположенные ближе к центру вращения, за один оборот шара по орбите пройдут меньшее расстояние (внутренний штриховой круг), чем точки «k», расположенные на внешнем штриховом круге. При этом ось вращения шара всё время является касательной к орбите движения шара вокруг точки «O» (так, как движется Луна вокруг Земли). Очевидно, что при этом скорости движения точек «k1» внутренних будет меньше скорости движения «k» наружных. Теперь рассмотрим вариант, который всегда бывает в реальном мире, т.е. шар вращается вокруг своей оси «СЮ» и при этом движется по орбите вокруг точки «O». Сначала рассмотрим шар в точке «А». Этот шар имеет ось вращения вокруг своей оси, расположенную перпендикулярно к радиусу орбиты его движения вокруг точки «O», и при этом ось вращения шара лежит в плоскости этой орбиты. Находясь в этой фазе своего движения точки k1 шара, находящиеся на внутреннем штриховом круге перемещаются вместе с верхней видимой поверхностью шара по направлению к наружному штриховому кругу, тогда как точки «k» шара, находящиеся на внешнем штриховом круге перемещаются вместе с поверхностью невидимой нижней части шара по направлению к внутреннему штриховому кругу. Т.к. скорости движения точек в пространстве по внутреннему и внешнему штриховому кругу различны, то при таком движении происходит явление, которое хорошо известно в механике и которое называется Кориолисовым ускорением. Благодаря этому ускорению появляется сила, которая в данном случае воздействует на ось вращения шара, стараясь изменить её положение в пространстве. Из заданных нами выше условий движения шара сила, вызванная Кориолисовым ускорением, старается южный полюс (Ю) опустить вниз относительно плоскости рисунка, тогда как северный полюс (С) шара поднять над плоскостью рисунка. При дальнейшем движении по орбите шар попадёт в т. «В». Поскольку всякое вращающееся тело вокруг своей оси обладает свойствами гироскопа, т.е. старается сохранить положение своей оси вращения в пространстве неизменным (например, ось вращения Земли при движении по орбите вокруг Солнца практически не изменяет своего положения), то мы рассмотрим положение оси вращения шара в т. «В» в таком же положении, как и в т. «А». Здесь видно, что при вращении шара вокруг своей оси расстояние точек «k», «k1» и любых других точек на поверхности шара по отношению к штриховым кругам и центру вращения «О» остаются неизменными и, следовательно, Кориолисово ускорение в т. «В» отсутствует, т.е. оно равно нулю.

Рассмотрим ситуацию, когда шар, двигаясь по орбите вокруг центра «О» попадёт в т. «С». В т. «С» происходит те же самые явления, которые происходили, когда шар находился в т. «А», т.е. здесь снова действует Кориолисово ускорение, т.е. снова появилась сила, которая воздействует на ось вращения шара. Но поскольку шар движется в обратном направлении относительно того, когда он находился в т. «А», а вращение вокруг оси у этого шара происходит в ту же сторону относительно того, которое у него было, когда он находился в т. «А», то действие силы, направленной на изменение положения оси вращения шара в пространстве, сохранило то же самое направление, т.е. по-прежнему южный полюс "выталкивается вниз относительно плоскости рисунка, а северный полюс вверх относительно плоскости рисунка.

При нахождении шара в т. «D», при его движении по орбите вокруг центра «О», мы видим, что, как и в т. «В» Кориолисово ускорение полностью отсутствует и, следовательно, никакого воздействия на ось вращения шара в этой точке не оказывается.

Таким образом, можно сделать следующий вывод:

При движении по орбите вокруг центра движения какого-либо тела, вращающегося вокруг собственной оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной к плоскости орбиты, в точках, где радиус орбиты перпендикулярен плоскости оси вращения тела, на тело действует максимальная сила, вызванная Кориолисовым ускорением, которая воздействует на ось вращения тела таким образом, чтобы последняя становилась перпендикулярна плоскости орбиты, а когда тело находится в точках, где радиус орбиты совпадает с осью вращения тела, лежащей в плоскости орбиты, Кориолисово ускорение отсутствует, при этом по мере движения тела по орбите из точки, где Кориолисово ускорение равно нулю, оно плавно нарастает и доходит до максимального значения в тех точках орбиты, где радиус орбиты перпендикулярен плоскости вращения оси тела, причём, за один оборот тела вокруг центра вращения на ось вращения этого тела Кориолисово ускорение воздействует 2 раза, при этом максимумы воздействия находятся на противоположных концах диаметра орбиты вращения.

Мы рассмотрели только одно начальное положение оси вращения шара, но и любое другое начальное положение оси вращения не меняет дела. Если ось вращения шара, расположенную под произвольным углом поместить в плоскость перпендикулярную плоскости орбиты, то при облёте шара по траектории (орбите) всегда найдутся две точки «А» и «С», в которых плоскость вращения оси будет перпендикулярна диаметру плоскости орбиты, а также 2 точки «В» «Д», в которых плоскость вращения оси будет совпадать с диаметром орбиты движения шара.

Из приведённого ранее конкретного примера вытекает правило поворота оси вращения тела в пространстве в зависимости от направления вращения его вокруг этой оси и от направления движения его по орбите.

Итак, если наблюдатель находится в центре движения тела по орбите вокруг этого центра, а движение тела по орбите совпадает с движением часовой стрелки, и при этом тело вращается вокруг собственной оси тоже по часовой стрелке (если наблюдатель находится впереди движущегося по орбите тела), то ось вращения тела будет поворачиваться против часовой стрелки, стараясь принять перпендикулярное положение к плоскости орбиты. Если после того, как ось вращения станет почти перпендикулярной к плоскости орбиты, изменить направление вращения тела вокруг собственной оси на противоположное (т.е. против часовой стрелки), не меняя его движения по орбите (см. рис. 2, фиг. «А»), то возникнет состояние неустойчивого положения оси вращения тела в пространстве, т.к. силы Кориолисова ускорения направлены навстречу друг другу, и ось вращения тела будет менять своё положение в пространстве, стремясь перевернуться на 180°, чтобы опять принять новое перпендикулярное положение к плоскости орбиты и при этом направление вращения тела вокруг своей оси все‑таки снова будет происходить по часовой стрелке.

Обобщив всё вышеизложенное, можно сделать вывод, что в природе действует закон положения осей вращения тел при их движениях по замкнутым орбитам:

«При движении по замкнутым орбитам тел, вращающихся вокруг собственной оси, возникают силы, вызванные ускорением, которые воздействуют на это тело до тех пор, пока ось его вращения не станет перпендикулярной к плоскости орбиты, по которой движется тело, при этом это тело вращается вокруг собственной оси всегда в том же направлении, в каком оно движется по орбите вокруг центра движения, т.е. устойчивое положение оси вращения тела бывает тогда, когда направление движения тела по орбите совпадает с направлением вращения его вокруг собственной оси».

Всё вышесказанное полностью соответствует формуле Кориолисова ускорения:

А_к = W ∙V ∙ Sin α,

где W — угловая скорость вращения тела (планеты) вокруг собственной оси.

V — орбитальная скорость движения тела (планеты) по орбите.

α — угол между вектором угловой скорости тела (планеты) и плоскостью, перпендикулярной к радиусу движения тела (планеты) по орбите.

Поскольку всякое вращающееся тело обладает свойствами гироскопа, и поскольку действие сил Кориолисова ускорения уменьшается по мере того, как угол между осью вращения тела и плоскостью орбиты приближается к 90°, то никогда ось вращения тела не будет полностью перпендикулярна к плоскости орбиты, т.е. этот угол всегда будет несколько меньше 90°. Реальный угол у каждого тела будет свой и правильнее всего этот угол между осью вращения тела и плоскостью орбиты, который практически уже не изменяется во времени, называть «оптимальным углом оси вращения данного тела».

Т.к. Солнце вращается вокруг центра Галактики, то его, в принципе, можно рассматривать как планету, вращающуюся вокруг своего солнца (центра Галактики), а поэтому мы знаем не только в каком положении в пространстве находится ось его вращения, но мы знаем теперь и почему она находится именно в этом положении.

Наверх << 1 2 3 4 >>

При использовании материалов данной статьи ссылка на автора обязательна!

ermolin-2004@yandex.ru