Пример работы

Материал из Saratov FIO Wiki
Перейти к: навигация, поиск

Вступление.

БИОГРАФИЯ И. НЬЮТОНА

Ньютон Исаак (4.I 1643 - 31.III 1727) - выдающийся английский учёный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член Лондонского королевского общества (1627), президент (с 1703). Родился в Вулсторпе. Окончил Кембриджский университет (1665). В 1669 - 1701 возглавлял в нём кафедру. С 1695 - смотритель, с 1699 - директор Монетного двора. Работы относятся к механике, оптике, астрономии, математике. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света, разработал (независимо от Г.Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисление. Обобщив результаты исследований своих предшественников в области механики и свои собственные, создал огромный труд "Математические начала натуральной философии" ("Начала"), изданный в 1687. "Начала" содержали основные понятия и аксиоматику классической механики, в частности понятия масса (которому Ньютон придавал большое значение как основному в механических процессах), количество движения, сила, ускорение, центростремительная сила и три закона движения (законы Ньютона) - закон инерции, закон пропорциональности силы ускорению и закон действия и противодействия. Тут же дан его закон всемирного тяготения, исходя из которого Ньютон объяснил движение небесных тел (планет, их спутников, комет) и создал теорию тяготения. Открытие этого закона знаменовало переход от кинематического описания солнечной системы к динамическому объяснению явлений и окончательно утвердило победу учения Коперника. Он показал, что из закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера; объяснил особенности движения Луны, явление процессии; развил теорию фигуры Земли, отметив, что она должна быть сжата у полюсов, теорию приливов и отливов; рассмотрел проблему создания искусственного спутника Земли и т.д. Установил закон сопротивления и основной закон внутреннего трения в жидкостях и газах, дал формулу для скорости распространения волн. Создал физическую картину мира, которая длительное время господствовала в науке (ньютоновская теория пространства и времени). Пространство и время он считал абсолютным, постулируя это в своих "Началах". С таким пониманием пространства и времени тесно связана его идея дальнодействия - мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через пустое пространство без помощи материи. Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. Впервые её ограниченность обнаружили М.Фарадей и Дж.Максвелл, показав неприменимость её к электромагнитным явлениям, а теория относительности, возникшая в начале XX в., окончательно доказала ограниченность классической физики Ньютона - физики малых скоростей и макроскопических масштабов. Однако специальная теория относительности не отбросила совсем закономерностей, установленных классической механикой Ньютона, а лишь уточнила и дополнила её для случая движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света в вакууме. "Ныне место ньютоновской схемы дальнодействующих сил, - писал А.Эйнштейн, - заняла теория поля, испытали изменения и его законы, но всё, что было создано после Ньютона является дальнейшим органическим развитием его идей и методов". Велик вклад Ньютона в оптику. В 1666 при помощи трёхгранной стеклянной призмы разложил белый свет на семь цветов (в спектр), тем самым доказав его сложность (явление дисперсии), открыл хроматическую аберрацию. Пытаясь избежать аберрации в телескопах, в 1668 и в 1671 сконструировал телескоп - рефлектор оригинальной системы - зеркальный (отражённый), где вместо линзы использовалось вогнутое сферическое зеркало (телескоп Ньютона). Исследовал интерференцию и дифракцию света, изучая цвета тонких пластинок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового процесса. Пытался объяснить двойное лучепреломление и близко подошёл к открытию явления поляризации. Свет считал потоком корпускул - корпускулярная теория света Ньютона (однако на разных этапах рассматривал возможность существования и волновых свойств света, в частности в 1675 предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно - волновую теорию света). Свои оптические исследования изложил в "Оптике" (1704). По своему мировоззрению Ньютон был стихийным материалистом, вторым после Р.Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII - XVIII вв. Научное творчество Ньютона сыграло исключительно важную роль в истории развития физики. По словам А.Эйнштейна, "Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности" и "... оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом". В его честь названа единица силы в Международной системе единиц -ньютон. Член Парижской Академии Наук (1699).


Как это было...

На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения, он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

НЬЮТОН И ЯБЛОКО



Вот что рассказывает в "Воспоминаниях о жизни Исаака Ньютона" его друг Уильям Стекли, посетивший Ньютона 15 апреля 1725 г. в Лондоне: "Так как стояла жара, мы пили послеобеденный чай в саду, в тени раскидистых яблонь. Были только мы вдвоём. Между прочим Ньютон сказал мне, что в такой же точно обстановке ему впервые пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы...". Мемуары Стекли вышли в свет лишь в 1936 г.. Однако в 1728 г. через год после смерти великого учёного, Вольтер в книге, посвящённой изложению идей Ньютона, приводит аналогичную историю. При этом он ссылается на свидетельство Катарины Бартон, племянницы и компаньонки Ньютона, прожившей рядом с ним 30 лет. Её муж, Лжон Кондуит, работавший ассистентом у Ньютона, писал в своих мемуарах, опираясь на рассказ самого учёного: "В 1666 году Ньютон был вынужден на некоторое время вернуться из Кембриджа в своё поместье Вулсторп, так как в Лондоне была эпидемия чумы. Когда он однажды отдыхал в саду, ему, при виде падающего яблока, пришла в голову мысль, что сила тяжести не ограничена поверхностью Земли, а простирается гораздо дальше. Почему бы и не до Луны? Лишь через 20 лет (в 1687 г.) были опубликованы "Математические начала натуральной философии", где Ньютон доказал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой тяготения, под действием которой падают тела на поверхность Земли. В журнале "Современная физика" за 1998 г. англичанин Кизинг, преподаватель Йоркского университета, увлекающийся историей и философией науки, опубликовал статью "История Ньютоновой яблони". Кизинг придерживается мнения, что легендарная яблоня была единственной в садике Ньютона, и приводит рассказы и рисунки с её изображениями. Легендарное дерево пережило Ньютона почти на сто лет и погибло в 1820 г. во время сильной грозы. Кресло, сделанное из него, хранится в Англии, в частной коллекции.

Ньютон никогда не торопился печатать свои работы. Когда его как -то попросили опубликовать в "Трудах Королевского общества" некоторые математические изыскания, он дал согласие при условии, что в печати не будет упомянуто имя автора. - Право не знаю, зачем мне известность, - объявил он свое решение. - Это может только увеличить круг моих знакомых, а я, наоборот, стараюсь избегать этого.

КАК НЬЮТОН ОТКРЫЛ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ


Вот как это произошло. В 1665 году молодой Ньютон стал профессором математики в Кембриджском университете – своей альма-матер. Он был влюблен в работу, и способности его как преподавателя не вызывали сомнений. Однако нужно заметить, что это ни в коей мере не был человек не от мира сего. . Его работа в колледже не ограничивалась только аудиторными занятиями: он был деятельным членом Комиссии по составлению расписаний, заседал в управлении университетского отделения Ассоциации молодых христиан благородного происхождения, подвизался в Комитете содействия декану, в Комиссии по публикациям и прочих комиссиях, которые были необходимы для надлежащего управления колледжем в далеком XVII веке. Тщательные исторические изыскания показывают, что всего за пять лет Ньютон заседал в 379 комиссиях, которые занимались изучением 7924 проблем университетской жизни, из коих решена 31 проблема.


Это было в 1680 году. Каждое мгновение сознательной жизни Ньютона было тщательно распланировано, а тут вдруг оказалось, что в этот вечер ему нечего делать, так как начало заседания комиссии было назначено только на полночь. Поэтому он решил немного пройтись. Эта коротенькая прогулка изменила мировую историю.

Была осень. В садах многих добрых граждан, живших по соседству со скромным домиком Ньютона, деревья ломились под тяжестью спелых яблок. Ньютон увидел, как на землю упало очень аппетитное яблоко. Немедленной реакцией Ньютона на это событие – типичной для человеческой стороны великого гения – было перелезть через садовую изгородь и сунуть яблоко в карман. Отойдя на приличное расстояние от сада, он с наслаждением надкусил сочный плод.

Вот тут его и осенило. Вез обдумывания, без предварительных логических рассуждений в мозгу его блеснула мысль, что падение яблока и движение планет по своим орбитам должны подчиняться одному и тому же универсальному закону. Не успел он доесть яблоко и выбросить огрызок, как формулировка гипотезы о законе всемирного тяготения была уже готова. До полуночи оставалось три минуты, и Ньютон поспешил на заседание Комиссии по борьбе с курением опиума среди студентов неблагородного происхождения.

В последующие недели мысли Ньютона все снова и снова возвращались к этой гипотезе. Редкие свободные минуты между двумя заседаниями он посвящал планам ее проверки. Прошло несколько лет, и Ньютон понял, что для проверки его предположения нужно больше свободного времени, чем то, на которое он может рассчитывать.

Он написал краткое письмо из 22 слов королю Карлу, в котором изложил свою гипотезу и указал на то, какие великие возможности она сулит, если подтвердится. Видел ли король это письмо – неизвестно, вполне возможно, что и не видел, так как он ведь был перегружен государственными проблемами и планами грядущих войн. Однако нет никакого сомнения в том, что письмо, пройдя по соответствующим каналам, побывало у всех начальников отделов, их заместителей и заместителей их заместителей, которые имели полную возможность высказать свои соображения и рекомендации.

В конце концов письмо Ньютона достигло кабинета секретаря Плановой комиссии Его Величества по исследованиям и развитию. Секретарь сразу же осознал важность вопроса и вынес его на заседание комитета, который проголосовал за предоставление Ньютону возможности дать показания. Этому решению предшествовало краткое обсуждение идеи Ньютона на предмет выяснения, нет ли в его намерениях чего-нибудь антибританского, но запись этой дискуссии, заполнившая несколько томов in quarto, с полной ясностью показывает, что серьезного подозрения на него так и не упало.

Колледж проявил деликатность, предоставив Ньютону двухмесячный отпуск без сохранения содержания. Заседание Комитета проходило при открытых дверях, и публики набилось довольно много, но впоследствии оказалось, что большинство присутствующих ошиблось дверью.

После того как Ньютон был приведен к присяге, его попросили кратко изложить суть дела. В блестящей, простой, кристально ясной десятиминутной речи, произнесенной экспромтом, Ньютон изложил законы Кеплера и свою собственную гипотезу, родившуюся при виде падающего яблока. В этот момент один из членов Комитета пожелал узнать, какие средства может предложить Ньютон для улучшения постановки дела по выращиванию яблок в Англии. Ньютон начал объяснять, что яблоко не является существенной частью его гипотезы, но был прерван сразу несколькими членами Комитета, которые дружно высказались в поддержку проекта по улучшению английских яблок. Обсуждение продолжалось несколько недель, в течение которых Ньютон с характерным для него спокойствием и достоинством сидел и ждал, когда Комитет пожелает с ним проконсультироваться. Однажды он опоздал на несколько минут к началу заседания и нашел дверь запертой. Он осторожно постучал, не желая мешать размышлениям членов Комитета. Дверь приотворилась, и привратник, прошептав, что мест нет, отправил его обратно. Ньютон, всегда отличавшийся логичностью мышления, пришел к заключению, что Комитет не нуждается более в его советах, а посему вернулся в свой колледж, где его ждала работа в различных комиссиях.

Спустя несколько месяцев Ньютон был удивлен, получив объемистый пакет.. Открыв его, он понял, что его приглашают подать прошение о заключении контракта на постановку научного исследования для выяснения связи между способом выращивания яблок, их качеством и скоростью падения на землю. Конечной целью проекта, как он понял, было выведение сорта яблок, которые не только имели бы хороший вкус, но и падали бы на землю мягко, не повреждая кожуры. Это, конечно, было не совсем то, что Ньютон имел в виду, когда писал письмо королю. Но он был человеком практичным и понял, что, работая над предлагаемой проблемой, сможет попутно проверить и свою гипотезу. Так он соблюдет интересы короля и позанимается немножко наукой – за те же деньги.

Однажды в 1865 году точный распорядок дня Ньютона был нарушен. Пришло повергшее Ньютона в ужас и всю Британию в скорбь известие о гибели всего состава комиссии во время страшного столкновения почтовых дилижансов. У Ньютона, как это уже было однажды, образовалось ничем не занятое «окно», и он принял решение прогуляться. Во время этой прогулки ему пришла мысль о новом, совершенно революционном математическом подходе, с помощью которого можно решить задачу о притяжении вблизи большой сферы. Ньютон понял, что решение этой задачи позволит проверить его гипотезу с наибольшей точностью, и тут же, не прибегая ни к чернилам, ни к бумаге, в уме доказал, что гипотеза подтверждается. Легко можно себе представить, в какой восторг он пришел от столь блестящего открытия.

Вот так правительство Его Величества "поддерживало и воодушевляло" Ньютона в эти напряженные годы работы над теорией. Мы не будем распространяться о попытках Ньютона опубликовать свое доказательство, о недоразумениях с редакцией «Журнала садоводов» и о том, как его статью отвергли журналы «Астроном-любитель» и «Физика для домашних хозяек». Достаточно сказать, что Ньютон основал свой собственный журнал, чтобы иметь возможность напечатать без сокращений и искажений сообщение о своем открытии




Как это могло бы быть...

Падай! – сурово приказал Ньютон зависшему в воздухе яблоку и ткнул пальцем себе в темечко. – Сюда! - Не-а! – беспечно ответило яблоко и продолжило висеть на прежнем месте. - Я кому сказал?! – рассердился Ньютон. – Сюда! - Не-а! – подлое яблоко цинично продолжало издеваться над гениальным учёным. - Так, слушай, это что за новости? – Ньютон начал закипать от злости (так был изобретён чайник). – Я уже и подготовился, и каску надел, и страховку подписал… - Не-а, - яблоко весело хихикнуло.

- Ты что, важности момента не осознаёшь? - ужаснулся Ньютон. - Я тут, понимаешь ли, ночами не сплю, формулки всякие придумываю, закон всемирного тяготения открываю, а ты его на него, можно сказать, плюёшь?! - Ага! – яблоку явно нравилось глумиться над академиком. - А я тебя и сожрать могу! – пригрозил Ньютон. – Вместе с огрызком. А закон вместе с другим яблоком открывать буду! - Ой-ой, напугал! – притворно заохало яблоко. – Скажите пожалуйста. И скажи мне, мил человек, где ты зимой, в феврале месяце, яблоки искать будешь? Нетушки, одна у нас судьба! Но закон мы открывать не будем! - Это ещё почему? – удивился Ньютон. - У меня к нему антипатия, - заявило яблоко. – Не люблю я его. Закон всемирного тяготения тихонько заплакал. Он почему-то хотел, что б его любили. - А за взятку? – осклабился Ньютон, пересыпав горсть монет из одной руки в другую. - И что я, скажи, буду с твоими деньгами делать? Я ЯБЛОКО! Яблоко, дурень! Мне деньги нафиг не нужны! - Ну не нужны – так не нужны, - обиделся Ньютон. Он посмотрел на монеты и нежно их погладил, затем перевёл полный ненависти взгляд на яблоко. – Я их, между прочим, всю ночь штамповал! Могло бы и взять. - Денег не беру! – гордо сообщило яблоко. – У меня принципы! - Какие такие принципы? – Ньютон удивился. - Моральные! - Скажите пожалуйста, - брезгливо проворчал Ньютон. – Принципы у него, понимаете ли, моральные. А на науку нам плевать, да? Ну и почём нынче принципы? - Петь хочу, - украдкой шепнуло яблоко. – В опере. В "Вильгельме Теле". И режиссером тоже. А то мне нынешняя трактовка не нравиться. По бедному, беззащитному яблоку – стрелой. Сволочи! - Ты хоть петь то умеешь? – с тоской в голосе поинтересовался Ньютон. - Показать? – угрожающе сощурилось яблоко. - НЕ НАДО, - шарахнулся Ньютон. – На слово, на слово верю! - Вот и хорошо, - расслабилось яблоко. - Ты падать-то будешь? – нетерпеливо почесал нос великий учёный. – А то время, время бежит! Сейчас какому-нибудь мерзавцу горшок с цветами на голову рухнет, и во-о-от мы с тобой в мировой истории останемся! - Да ладно, ладно, падаю, - пробурчало яблоко. – Надоел совсем. Каску сними. А то с ней эффект не тот – стукнем, а закон-то и не откроется. Выходит, зря падало. Ньютон неохотно снял каску с головы. Наука в очередной раз требовала жертв. Яблоко прицелилось…

Полчаса спустя Ньютон всё ещё матерился. Голова болела дико. - Ледышку приложи, - посоветовало яблок. – В таких делах ледышки – это первый сорт. Я тебе как профессионал говорю. Ньютон не ответил. - Да ладно тебе дуться, - пихнуло его яблоко. – Зато закон открыли. Новенький, с иголочки. Правда, здорово? Ньютон хотел ответить, но промолчал. Слов в английском языке не хватало. "Русский, русский пора учить!" – мысли Ньютона метались, словно бешеные тигры по клетке. Затем он посмотрел на сидевший в сторонке Закон. Тот сидел такой юный, свежий, незатёртый. И Ньютона отпустило. - Ну что, в оперу? - с надеждой спросило яблоко. - В ОПЕРУ! – решительно произнес Ньютон. - Урррррра! – завизжало яблоко. Через минуту они уже продирались по сугробам с сторону города. Шёл снег. А вслед за Ньютоном и яблоком тихонечко крался, изредка чихая в ладонь, Закон всемирного тяготения. У него был насморк.

"…В 1666 году Исаак Ньютон, гуляя по саду в родовом поместье в Вулстропе (графство Линкольншир, Англия) наблюдал падение яблока. Мысль, пришедшая ему в голову в результате данного события, предполагала, что одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите. В последствии это рассуждение легло в основу Закона всемирного тяготения, формулировка и доказательство которого были опубликованы в 1687. Дальнейшая судьба яблока осталась неизвестной…


_Некоторые константы__ Притяжение электрона к протону в атоме водорода - 0, 000 000 000 02 Н. Тяготение между Землей и Луной - 200 000 000 000 000 000 000 Н. Тяготение между Солнцем и Землей - » 35 700 000 000 000 000 000 000 Н.

___

Земля отстоит от Солнца на 150 миллионов километров. Случайность? Вовсе нет. Именно здесь центробежная сила (вращение Земли вокруг Солнца) уравновешивается силой притяжения. Вот так ход планетам диктует постоянная тяготения, входящая в данный нам Ньютоном закон. ___ При увеличении всех размеров животных или человека их объем возрастает в кубе (если ваш рост увеличить вдвое, вы станете в восемь раз тяжелее), однако площадь поперечного сечения их костей, а следовательно их прочность - только в квадрате. Поэтому стройный красавец олень, увеличенный до размеров слона был бы смят, буквально раздавлен собственным весом. Кости ног оленя просто не выдержали бы такой тяжести. Великаны слоны потому и могут существовать, что кости у них толще и массивнее. Это было крупное открытие Галилея. Отсюда следовало, что животные и растения на Земле имеют наиболее выгодные размеры. Любопытно, что после Галилея та же проблема занимала английского писателя Д. Свифта (1667-1745). Первые две части "Путешествий Гулливера рассказывают о людях в 12 раз меньше нормального человеческого роста и о великанах 70 футов высотой (21 метр). Свифт проявляет бездну остроумия, но малую проницательность. Он и не подозревает, что будь лилипуты человеческими существами из плоти и крови, они бы обладали способностью прыгать, как блохи, на высоту, в несколько раз превышающую их собственную. А великаны Бробдингнега оказались бы настолько привязаны к земле, что вряд ли бы сумели просто находиться в вертикальном положении.


ПРИЛИВЫ В МОРЕ

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов – приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные и горизонтальные движения. Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.

Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные.

Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи Ленинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см.

Поднятия и опускания водной поверхности во время приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».

При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям на телегах и собирают попавшую в чих рыбу.

Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря.

В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке – на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну высотой 2...5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции маскаре, в Бразилии поророка.

В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива.

Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.

Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механики дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане.

В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу только одной стороной.

В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в действие мельниц. Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивных деталей сооружений при гидростроительстве.

В наше время приливная энергия в основном превращается в электрическую энергию на приливных электростанциях и вливается затем в общий поток энергии, вырабатываемой электростанциями всех типов, В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.

В Кислой губе вблизи Мурманска с 1968 года начала работать первая в нашей стране приливная электростанция мощностью в 400 киловатт. Проектируется приливная электростанция в устье Мезени и Кулоя мощностью 2,2 млн киловатт.

За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млн киловатт, вступили в строй приливные электростанции Ранс и Сен-Мало (Франция) мощностью в 240 и 9 тыс. киловатт, работают небольшие приливные электростанции в Китае.

Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.




Если бы Ньютон родился в другой галактике, какие законы он бы открыл? ___ Если изменить постоянную тяготения, скажем увеличить ее на 10 процентов, что произойдет?

Если изменить ускорение свободного падения, скажем сделать ее равной 1 Н/кг, что произойдет?

Сократится радиус земной орбиты, увеличится количество тепла, поступающего на Землю от Солнца. Температура Земли, как показывают расчеты физиков, подскочит на 100 градусов. Резко изменится и климат, изменится угрожающе. В подобных условиях существование на Земле высокоорганизованной органической материи стало бы по-видимому, невозможным.

ГЛОРИЯ ВТОРАЯ ЗЕМЛЯ ИЛИ ДОСУЖИЙ ВЫМЫСЕЛ ?


Идея еще одной Земли, как полагают, идет от жрецов Древнего Египта. Согласно их представлениям, люди при рождении наделялись не только душой, но и неким астральным двойником. Ну а поскольку дублер должен где-нибудь обитать, то и была придумана еще одна планета. Косвенное отражение идея получила в учении древнего грека Филолая, который в отличие от предшественников поместил в центр мироздания не Землю, а некий центральный огонь - Хестну. Вокруг него вращались все небесные тела, включая Солнце, которое как бы исполняло роль зеркала, отражая лучи центрального огня и распространяя его по всей Вселенной. Филолай считал, что подобно земным парным образованиям в космосе тоже должно существовать нечто подобное. И предположил, что где-то в диаметрально противоположной точке орбиты, постоянно скрываясь от наших глаз за "небесным огнем", вращается некая Антиземля. С той поры много воды утекло, но мысль о существовании двойника нет-нет да и возникнет вновь. Насколько она оправданна? Сначала изложим аргументы "за". В самом деле, существуй Антиземля в действительности, ее не так просто обнаружить. Почему? Кто хоть недолго смотрел на Солнце, это прекрасно знает. Немало астрономов повредило себе зрение и даже ослепло, пытаясь наблюдать за дневным светилом. Между тем область, которую оно прикрывает на небосклоне, вполне достаточна для того, чтобы там разместилась приличная планета... Второе соображение основывается на том, что исследователям долгое время не удавалось предугадать положение Венеры на небосклоне. Капризная "утренняя звезда" никак не хотела следовать традиционным законам небесной механики. Некоторые ученые сочли это следствием воздействия на движение планеты гравитации какого-то не учтенного при расчетах небесного тела. Отмечалось, что подобным образом время от времени капризничает и Марс... Наконец, в пользу существования двойника Земли говорит ряд свидетельств астрономов прошлого. Так, в XVII веке первый директор Парижской обсерватории Джованни Кассини, в честь которого назван отправленный не так давно в окрестности Сатурна межпланетный зонд, объявил, что обнаружил близ Венеры некий небесный объект, отнесенный им к спутникам этой планеты. Однако его существование и по сей день не подтверждено другими исследователями. Так не удалось ли Кассини наблюдать Глорию? Такое предположение высказал в 1740 году английский астроном и оптик Джеймс Шорт, а 20 лет спустя - немецкий астроном-наблюдатель Тобиас Иоганн Мейер, известный своими точными лунными таблицами для определения долгот на море. Длительное время никто об этих фактах не вспоминал. И вот новый всплеск интереса к мифической Глории. Чем он обусловлен? Кто-то из уфологов заметил, что, существуй такая планета на самом деле, она могла бы стать идеальной базой для... НЛО. Кораблям, стартующим с двойника нашей планеты, весьма удобно причаливать к Земле. Не надо переходить с орбиты на орбиту, достаточно лишь несколько ускорить или, наоборот, притормозить полет космического аппарата. Однако и серьезные астрономы допускают возможность существования двойника. Ведь вокруг Земли вращается как минимум еще одна луна, утверждают они. А не замечаем мы это лишь потому, что состоит она из... пыли и крошечных метеоритных обломков, которые группируются в так называемой точке либрации. Согласно законам небесной механики близ системы Земля - Луна должна существовать некая точка-ловушка, куда поля тяготения могут загонять свою добычу. Подобные точки есть и у систем Солнце - Земля, Солнце - Марс, Солнце - Венера... Пылевые двойники планет, получается, не такая уж редкость в Солнечной системе. Вот только надеяться, что на них возможна жизнь, да еще разумная, не приходится. Обитать в облаке пыли не очень комфортно... Судя по всему, окончательно прояснят картину будущие полеты межпланетных зондов-разведчиков. Один из них, например, к 2005 году намечено отправить в окрестности Солнца. Быть может, он попутно ответит и на вопрос о местонахождении мифической Глории


ПОСЛАНЕЦ БЕД С ЯСНОГО НЕБА Конец света нередко связывают с кометами – и это не только суеверие. Из истории известно, что появление «хвостатых звезд» часто вызывало панику – они считались предвестниками болезней, войн и смерти. Но и сегодня ученые связывают с ними возможность космических катастроф. Над вечерним городом еще стоит тепло летнего дня. Свет уличных фонарей затмевает еле видимые сквозь кроны деревьев звезды. Высоко в небе стоит Вега. Вдруг стало светло, как днем. Черное небо в мгновение ока превратилось в ослепительно белое, на его фоне, словно ножницами вырезанные, силуэты деревьев. Сверху нахлынула нестерпимая жара. На улицах кричат люди – тепловое излучение вздувает пузыри на коже, нанося страшные ожоги. Одежда людей вспыхивает, начинают гореть и деревья на улицах. Дымный чад пляшет по крышам домов. И тут приходит ударная волна. С силой, которой ничто не может противостоять, она сокрушает все на своем пути. Как спички, ломаются многолетние каштаны, срываются с домов крыши, с тел сдираются лохмотья обгоревшей кожи.


Вот что произошло бы, если бы в нескольких километрах над городом взорвалось прилетевшее из космоса небесное тело. Жуткий сценарий отнюдь не высосан из пальца – на жизнь среднеевропейского города «спроецировано» событие, произошедшее в 1908 г. в почти необитаемой области планеты. Там, в сибирской тайге, в Эвенкии, в радиусе 20 км от эпицентра взрыва деревья были либо вырваны с корнем, либо сломаны. Они лежали на земле рядышком, верхушками указывая радиальное направление взрывной волны. Что-то вроде Хиросимы. Но даже колоссальная энергия теплового излучения взорванной почти сорок лет спустя атомной бомбы не достигала и одной сотой от чудовищной энергии сибирского взрыва! Небесное тело, вторгшееся 30 июня 1908 г. в земную атмосферу и взорвавшееся над Сибирью, по размеру было сравнимо с футбольным полем, что, по космическим меркам, не так уж много. Ядра комет имеют размеры в сотни раз больше. Если такое ядро упадет на Землю, над человечеством нависнет реальная угроза гибели. Около 65 млн лет назад подобное, вероятно, и случилось. На вдающемся в Мексиканский залив полуострове Юкатан найден метеоритный кратер весьма впечатляющего диаметра – 180 км. Сила образовавшего его взрыва была в миллионы раз больше, чем у самых мощных водородных бомб, взорванных к настоящему времени. Исполинские возмущения приземного слоя атмосферы, вызванные этим взрывом, подняли огромные массы пыли почти со всей поверхности планеты, что повлекло за собой глобальные изменения климата. Согласно гипотезе американского физика Луиса Альвареса именно этот «климатический шок» вызвал быстрое вымирание динозавров в конце мелового периода. Сегодня, даже когда мы знаем, какие неисчислимые разрушения могут вызвать удары «космических бомб», почти никто не испытывает страха перед кометами. Однако в прошлом при появлении «хвостатых звезд» на небе народ впадал в панику. Так, иудейский историк Иосиф Флавий именно с этим явлением связывает пожар в храме Иерусалима в 70-м г.: «... и были ясные знаки господни, и сияла в небе над городом комета целый год, и было это светило, как карающий меч». Снова и снова упоминает история об этих ужасных посланцах беды. И накануне важных событий – коронаций и сражений, свадеб и крестин – люди с опасением вглядывались в ночное небо – не появилась ли там непрошеная хвостатая гостья, которую раньше, в отсутствие уличных фонарей и светящихся реклам, обнаружить было еще легче, чем сегодня. Кометы, однако, приносили не только несчастье. В 1301 г. один флорентийский живописец даже представил комету как символ счастливого события. На одной из фресок в капелле г. Падуи он изобразил ее в виде Вифлеемской звезды над библейским хлевом с яслями. Как мы знаем теперь, это была комета Галлея, перекочевавшая с неба в сцену рождества благодаря Джотто ди Бондоне. Джотто был, однако, не первым, кто увидел в комете доброе предзнаменование. Такая трактовка уходит корнями в третье столетие нашей эры. Тем не менее гораздо более популярным было представление о зловещей сущности комет. С ними связывались и эпидемии чумы, и войны, и даже ожидания конца света. Однако, как это ни странно, реально кометы зачастую приносили добро, а не зло. Так, появившаяся в 1577 г. яркая комета напугала многих военных героев, сильно поумерив их пыл и охоту бряцать оружием. Возможно, из-за нее на 11 лет был отложен поход испанской «Непобедимой армады» (закончившийся, как известно, ее разгромом). Теперь вряд ли можно достоверно установить, насколько эта комета повлияла на вращение колеса истории. Зато можно точно сказать, что с нее началась история самих комет: датчанин Тихо Браге, наблюдая за ней с помощью своих приборов, не только установил полную непричастность этого небесного тела к потустороннему миру, но и предсказал его положение на небе на длительное время вперед.


Это и был момент рождения новой науки – кометологии.

Когда комета Галлея в 1835 г. снова появилась на небе, астрономы получили прекрасную возможность проверить качество своих знаний по небесной механике. Возвращение кометы было предсказано с невиданной доселе точностью, были даже назначены премии за наилучший расчет ее траектории. В то же время страх перед кометами получил новую окраску – благодаря долгосрочному прогнозу их появления можно было более добросовестно подготовиться к концу света. По расчетам некоторых астрологов, комета должна была столкнуться с Землей. Однако комета Галлея пришла и ушла. Земля интересовала ее гораздо меньше, чем ею интересовались на Земле. Когда же спустя 75 лет, облетев Солнце, она вернулась, снова было объявлено о конце света, но на сей раз обоснованность фатальных прогнозов была усилена дополнительной кошмарной особенностью: 18 мая 1910 г. Земля должна была пройти сквозь хвост кометы. Ко всем бедам еще и такая! Как в былые времена, люди впали в панику. Ведь в состав хвоста кометы входят и взрывоопасный водород, и ядовитый циан – об этом не раз говорили ученые! Да, в самом деле, французские астрономы обнаружили в спектре кометного хвоста линии циана. Но при этом как-то осталось без внимания, что если циан и попадет в атмосферу, то в очень малом и совершенно безопасном количестве. Кометный хвост представляет столь разреженную субстанцию, что наша атмосфера в сравнении с ней является почти твердым телом, и упомянутая добавка циана не превысит одной десятимиллиардной, – почти что ничего. Комета Галлея пощадила Землю и в этот раз, так что астрономы могли спокойно готовиться к ее возвращению в начале 1986 г. И на сей раз они сделали это весьма основательно: комету окружили настоящей шубой из космических зондов. Из них наибольшего успеха добился европейский зонд «Джотто», напомнивший о средневековой рождественской фреске собора в Падуе. За годы и столетия отношение к кометам эволюционировало от представления о них как о «знаках судьбы» до понимания того, что это – вполне нормальные небесные тела, в высшей степени интересные для ученых. Но, хотя при их появлении вряд ли можно уже услышать предсказания конца света, считать «хвостатые звезды» абсолютно безопасными нельзя. И теперь это не мнение «людей с улицы», озабоченных возможностью столкновения кометы с Землей, а в гораздо большей степени – ученых. В этом смысле беспокойство вызывают не только собственно кометы, но и многие мелкие астероиды. По имеющимся оценкам, около 2000 таких карликовых планет обращается вокруг Солнца по соседству с орбитой Земли, порой оказываясь в опасной близости. Из них известно лишь около одной десятой. Поскольку они из года в год меняют свои орбиты (пусть очень незначительно), какой-либо астероид из их числа, находящийся ныне на безопасном удалении, через несколько тысяч лет может лечь на курс, ведущий к столкновению с Землей. Для создания эффективной системы предупреждения таких столкновений следует в течение ближайших лет иметь исчерпывающие «досье» на все потенциально опасные астероиды – это позволит узнать о надвигающейся опасности за десятилетия до возможной катастрофы. Тогда у людей было бы достаточно времени, чтобы посетить этот астероид и предпринять что-либо для спасения Земли. Это вовсе не фантастика, а изложение серьезных научно-технических дискуссий в НАСА. В принципе, такой астероид можно «расколоть», направив обломки по траекториям, исключающим их столкновение с Землей. Однако для этого нужна энергия, много энергии. Чем позже будет предпринята такая акция, тем ближе будет астероид к Земле и тем более мощный взрыв потребуется проводить для ее осуществления.


Кометы в этом смысле еще опаснее астероидов, т.к. они становятся видимыми лишь в непосредственной близости от Земли при своем движении с далеких окраин нашей Солнечной системы. Если какая-нибудь из них примет курс на столкновение с Землей, мы узнаем об этом лишь за несколько месяцев, – вероятно, чересчур поздно для того, чтобы хоть что-либо предпринять. Конечно, такое событие в высшей степени маловероятно. Тем не менее оно все-таки возможно – об этом свидетельствует судьба кометы Шумейкера–Леви. (Она в середине июля 1995 г. рухнула на Юпитер, который, слава богу, не наша родная планета. – прим. пер.).

Мощность взрывов, m ТНТ *

Бомбы второй мировой войны..............................................0,1–1 Метеорит диаметром 1 м при падении на Землю...........20 То же, диаметром 10 м ...........................................................20 000 Бомба, сброшенная на Хиросиму.......................................30 000** Общая энергия всех взрывов обеих мировых войн........107 Ледяная глыба диаметром 1 км при падении на Юпитер (ядро кометы)......................................................2,5•1011 ________

  • За меру мощности взрыва принято брать эквивалентное ей количество тринитротолуола (ТНТ) – распространенного взрывчатого вещества, использовавшегося в бомбах времен первой и второй мировых войн. 1 кг ТНТ соответствует по энерговыделению 1,16 кВт•ч.
    • Завышено примерно в два раза. – прим. пер.


вывод

В связи с обострением отношений между странами из-за топливных ресурсов, необходимо создавать органическое топливо, которое заменило бы нефтепродукты. Но все это негативно влияет на состояние земной атмосферы. Поэтому вопрос: "Есть ли жизнь на Марсе" сегодня становится актуальным. Есть ли планеты в солнечной системе, где возможна была бы жизнь человека? Законы гравитации возможно смогли бы ответить на эти вопросы, но это совсем другая история.