Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 1

Сдвиг полюсов. Часть 1. Физика процесса

Опубликовано 10 Фев 2014Рубрика: Механика | 14 комментариев

made-in-china.jpgРассказать о китайском волчке меня подтолкнуло широко распространенное в Интернете мнение, что теоретического объяснения «странному» перевороту на 180° вращающегося с большой угловой скоростью волчка нет, а существующие чрезвычайно сложные теории не дают…

Китайский волчок, он же волчок Томсона, он же волчок «тип-топ» представляет собой шарик со срезанным шаровым сегментом высотой около или чуть больше половины радиуса сферы. К плоскости среза присоединена цилиндрическая ручка, которая выступает за сферическую поверхность шарика. При сообщении китайскому волчку вращательного импульса (кинетического момента) вокруг оси, проходящей через центр шарика и совпадающей с осью цилиндрической ручки, направленной вначале вертикально вверх, он, достаточно быстро приподнимаясь, переворачивается на 180°, приподнимается на торец ручки и в этом положении, опираясь на свою шейку, направленную теперь вертикально вниз, продолжает устойчивое вращение. Это вращение на торце ручки длится до момента, пока сила трения не «победит» кинетический момент, и кинетическая энергия не перейдет в тепловую энергию. В этом состоит суть явления.

Посмотрите видео с китайским волчком, их на «You Tube» много. Например: https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v =bp2yKEjA8V4

Попробуем разобраться — как происходит переворот волчка, какая «магическая сила» заставляет китайский волчок перевернуться, подняв вверх свой центр тяжести и продолжать вращение в, казалось бы, очень неустойчивом положении.

Общие исходные сведения

1. Неподвижная система координат  изображена на рисунках лиловым цветом. Центром этой прямоугольной системы координат является точка O, являющаяся геометрическим центром шарика (центром кривизны сферической наружной поверхности).

2. Подвижная система координат Oxyz показана на рисунках синим цветом. Оси этой системы участвуют во всех движениях волчка. Чтобы было понятнее, можно сказать, что оси x, y, z – это спицы, проткнувшие твердое тело волчка. Ось z всегда жестко связана (совпадает) с прямой, проведенной через точки O и C. Точка C – это центр тяжести волчка, который в начальный момент расположен ниже центра кривизны опорной поверхности точки O. Ось y всегда находится в плоскости действия векторов внешних сил – силы тяжести G, силы инерции F и  силы реакции опоры P.

3. Вектора сил и направления моментов показаны на рисунках зеленым цветом. Цветом близким к фиолетовому на рисунках выделены направления и вектора угловых скоростей ωi, а коричневым цветом – вектора кинетических моментов Hi=ωi*Ii. (Ii -вращательный момент инерции волчка вокруг i-ой оси.)

4. Волчок имеет массу и весG=m*g, где g – ускорение свободного падения.

Китайский волчок в процессе переворота

1. Волчок в состоянии покоя находится в устойчивом положении, касаясь опорной поверхности точкой К1. Если приглядеться к нему внимательней, то мы узнаем знакомую с детства игрушку «ванька-встанька» (рис.1).

kitaiskii-volchok-12.jpg

2. Запустим волчок, придав ему вращение вокруг оси z против часовой стрелки, если смотреть сверху.

3. Китайский волчок вращается не на острой ножке, как обычный классический волчок, а на шаровой поверхности с радиусом R. Поэтому из-за малейшего отклонения оси z от вертикаливолчок, вращающийся вокруг оси z с угловой скоростью ωотн, сразу же начинает осью своей симметрии z описывать вокруг вертикали z конус с незначительным углом α и вершиной в центре радиуса кривизны опорной поверхности шарика точке О (рис.2).

4. Запустить волчок без отклонения невозможно, минимальное (микронное) отклонение будет на практике всегда из-за трения в точке (точнее – пятне) К1, из-за трения об воздух, из-за неоднородности материала волчка и – как следствие — небольшого смещения центра масс C от геометрической оси симметрии z.

5. При возникновении даже малого угла рассогласования α центр тяжести волчка C тут же сместится относительно вертикалиz на расстояние r.

6. Это смещение мгновенно вызовет возникновение центробежной силы инерцииF

F=m*a=m*r*ω2,

которая, как понятно из формулы, прямо пропорциональна массе волчка m, расстоянию смещенияr центра масс точкиC от вертикали z и квадрату абсолютной угловой скоростивокруг осиz , которую получил волчок при придании ему вращения.

7. Возникшая сила F и вес волчка G создают момент внешних сил M

M=F*pG*r, (M>0)

который стремится повернуть волчок вокруг оси x (точки О) по часовой стрелке, если смотреть спереди.

8. Появление момента внешних сил рождает гироскопический эффект и прецессию!!! Китайский волчок начинает прецессировать! Гироскопический момент Mг пытается, противодействуя моменту внешних силM, уравновесить его. Волчок по закону прецессии поворачивается вокруг оси y,пытаясь совместитьвектор своегоотносительно оси z кинетического момента Hотн с вектором момента внешних силM по самому короткому пути (то есть – вокруг оси y) (рис.2а).

Hотн=Iz*ωотн=m*r2отн

Mг=Hотн*ωпер=M

Причины, вызывающие гироскопический эффект, и правила, лежащие в основе этого явления подробно описаны здесь.

kitaiskii-volchok-2a3.jpg

9. Скорость прецессии (скорость поворота волчка вокруг оси y) ωпер вычисляется по формуле:

ωпер=M/Hотн=m*r*(ω2*pg)/(m*r2отн)

ωпер=(ω2*pg)/rотн

10. Если пренебречь трением в точке касания шариком поверхности и сопротивлением воздуха, то можно принять, что момент количества движения H вокруг вертикальной и неподвижной осиz, полученный волчком при запуске, будет оставаться постоянным:

H=I*=const

11. В связи с вышесказанным модули угловых скоростей ωотн и ωпер относительного и переносного движений будут определяться в процессе поворота, как катеты прямоугольного треугольника, подчиняясь теореме Пифагора:

 *ω=((Iy*ωпер)2+(Iz*ωотн)2)0,5=const

12. Следовательно, при увеличении наклона оси z от вертикального положения переносная угловая скорость ωпер (скорость прецессии) будет расти, а относительная угловая скорость вращения ωотн будет падать!

13. Рост угловой скорости прецессии ωпер означает, что поворот волчка вокруг оси y будет непрерывно ускоряться, и  в итоге прецессия довольно быстро «завалит» волчок в положение, когда ручка и связанная с ней ось z окажутся в горизонтальной плоскости (рис.3)!

14. В этот момент произойдет удивительная и в то же время закономерная метаморфоза! Китайский волчок прекратит на миг свое вращение вокруг оси z, он остановится!!! При этом он будет продолжать вращение со скоростью вокруг оси y, которая совместится с неподвижной вертикальной осью z! На языке формул это выглядит так:

ω=ωпер

ωотн=0

15. Длиться эта остановка будет долю мгновения. По аналогии с начальным моментом волчок, вращаясь вокруг оси z, начнет образовывать конус с очень малым углом α при вершине точке О вследствие шарообразности опорной поверхности (рис.4). Прецессия (поворот вокруг оси y) продолжится.

16. Момент внешних силM изменит направление своего действия и сила инерцииF «возьмет в союзники» силу тяжестиG для «совместной борьбы» с гироскопическим моментомMг.

M=F*p+G*r

17. Гироскопический моментMг изменит свое направление в ответ на изменение направления момента внешних силM. Китайский волчок начнет вращение вокруг оси z в направлении противоположном своему начальному вращению!!!

18. Пока описанные выше моменты противодействуют друг другу, прецессия и сила трения качения сферической поверхности волчка по опорной плоскости продолжат «провоцирование опрокидывания» до момента совмещения оси z с отрицательным направлением оси z(рис.5).

19. Заняв вертикальное положение ручкой вниз, китайский волчок будет находиться в устойчивом положении и продолжит вращение до момента «исчерпания» кинетического момента H(рис.6).

20. Из-за того, что китайский волчок в отличие от классического, перекатываясь при вращении, постоянно меняет точку опоры, конец его ручки повторяет траекторию перемещения точки опоры. В период переворота эта траектория — не конус классического волчка! Если на опорную поверхность насыпать тонкий слой муки (или пудры, или талька) и запустить волчок, то после окончания вращения на поверхности шарика можно увидеть спиралевидный след (Рис.7).

Это и есть траектория перемещения точки опоры по поверхности шарика. Спиралевидный след вначале раскручивается в одну сторону (по часовой стрелке на рисунке), затем закручивается в обратную сторону.

Толкование явления профессором Смородинским

Вы поняли, что же заставляет подниматься при вращении вверх центр тяжести тела китайского волчка? Почему устойчивым для вращающегося волчка является положение с максимально поднятым центром тяжести? Быстро разобраться и понять довольно сложно…

Из существующих вариантов объяснения поведения китайского волчка мне нравится своей доходчивостью и очевидностью подход, рассказанный профессором Смородинским. Ознакомимся с ним.

1. Рассмотрим классический волчок. Сила тяжести создает опрокидывающий момент М, а гироскопический момент Мг – удерживающий (Рис.8).

2. Примем без доказательства – как очевидный факт, что классический волчок (юла), вращаясь с большой скоростью, не падает и находится в устойчивом состоянии.

Подробно о поведении классического волчка прочитайте в этой статье.

3. Попробуем доказать, что если увеличить скорость прецессии (скорость переносного вращения оси  волчка) ωпер, то центр масс волчка поднимется вверх.

4. Доказательство будем вести от обратного. Предположим, что центр масс точка С опустится при увеличении скорости прецессии ωпер.

5. Но согласно рисунку тогда увеличится опрокидывающий момент М=G*r за счет увеличения плеча r силы тяжести G, а это неизбежно приведет к увеличению скорости прецессииωпер, так как должно выполняться условиеM=Mг=Hотнпер. При этом кинетический момент Hотн может только немного уменьшаться в процессе вращения из-за действия сил трения.

6. Тогда согласно нашему предположению центр тяжести С  должен еще сильнее опуститься, и в итоге классический волчок должен очень быстро упасть! Однако мы знаем, что этого не происходит, следовательно, сделанное предположение неверно! Центр масс С классического волчка не опускается, а поднимается  с возрастанием скорости прецессии!!!

7. Запускаем китайский волчок, который при вращении (как мы неоднократно отмечали ранее) в отличие от классического волчка касается поверхности не одной точкой, а все время разными, перекатываясь в процессе движения по спирали на сферической поверхности основания волчка.

8. Так как в процессе переворота на волчок действует возрастающий опрокидывающий моментпри постоянно уменьшающемся кинетическом моментеHотн (вначале до нуля в положительной области, затем, сменив направление, уменьшается в отрицательной области), то и скорость прецессии ωпер  непрерывно возрастает!

9. Рост скорости прецессии ωпер вызывает подъем центра тяжести С.

10. Переворачиваясь на бок и опираясь на ручку, китайский волчок поднимает все выше и выше свой центр тяжести точку С. В перевернутом состоянии он продолжает устойчиво вращаться и ведет себя как классический волчок.

11. Осуществлению возможности переворота (перехода из неустойчивого состояния при вращении в устойчивое) способствует сферическая форма основания волчка.

Опытами более ста лет назад доказано, что вращающийся с очень большой скоростью волчок уменьшает свой вес!!! Какую частоту вращения необходимо задать, чтобы вес стал равным нулю или максимально приблизился к этому значению? Каким должен при этом быть материал диска волчка, чтобы его не разорвали силы инерции? Гравитация не торопится раскрывать все свои законы и секреты человеку! Самые интересные открытия ждут нас еще впереди, мы к ним подошли очень близко…  Не случайно большинство работ ведущих специалистов в этой области являются закрытыми.

Подписывайтесь на анонсы статей в окнах, расположенных в конце каждой статьи или вверху каждой страницы, ине забывайте подтверждать подписку.

Подтвердить подписку необходимо кликом по ссылке в письме, которое придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»)!!!

Оставляйте комментарии, уважаемые коллеги! Они всегда интересны и автору и новым читателям.

Другие статьи автора блога

На главную

—>

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Во время своего пятого полета на космическом корабле «Союз Т-13″ и орбитальной станции «Салют-7″ (6 июня — 26 сентября 1985 года) Владимир Джанибеков обратил внимание на, казалось бы, необъяснимый с точки зрения современной механики и аэродинамики эффект, проявившийся в поведении самой обычной гайки, точнее гайки «с ушками» (барашками), которыми фиксировались металлические ленты, закрепляющие мешки для упаковки вещей при транспортировке грузов в космос. Разгружая очередной транспортный корабль, Владимир Джанибеков стукнул пальцем по одному уху «барашка». Обычно тот отлетал, и космонавт спокойно ловил его и убирал в карман. Но в этот раз Владимир Александрович не стал ловить гайку, которая к его большому удивлению пролетев около 40 сантиметров, неожиданно 

перевернулась вокруг своей оси, после чего все так же вращаясь полетела дальше. Пролетев еще примерно 40 сантиметров, она опять перевернулась. Это показалось космонавту настолько странным, что он закрутил «барашек» обратно и опять стукнул по нему пальцем. Результат оказался тем же!

Будучи необычайно заинтригованным столь странным поведением «барашка, Владимир Джанибеков повторил эксперимент с другим «барашком». Тот так же переворачивался в полете, правда, через несколько большее расстояние (43 сантиметра). Аналогичным образом вел себя и запущенный космонавтом пластилиновый шарик. Он тоже, пролетев некоторое расстояние, переворачивался вокруг своей оси.

Обнаруженный эффект, названный «эффектом Джанибекова», стали внимательно изучать и выяснили, что исследуемые объекты, вращающиеся в невесомости, через строго определенные промежутки времени совершали переворот («кувырок») на 180 градусов.

При этом, центр масс этих тел продолжал равномерное и прямолинейное движение, в полном соответствии с первым законом Ньютона. А направление вращения, «закрутка», после «кувырка» оставалась прежней (как и должно быть по закону сохранения момента импульса). Получалось, что относительно внешнего мира тело сохраняет вращение вокруг той же оси (и в том же направлении), в каком оно вращалось до кувырка, но «полюса» менялись местами!

Это прекрасно видно на примере «гайки Джанибекова» (обычной барашковой гайки).

Если смотреть ОТ ЦЕНТРА МАСС, то «ушки» гайки сначала вращаются в одном направлении, а после «кувырка» в другом.

Если же смотреть С ПОЗИЦИИ ВНЕШНЕГО НАБЛЮДАТЕЛЯ, то вращение тела, как целого объекта, всё время остаётся одним и тем же — ось вращения и направление вращения — неизменны.

И вот, что интересно: для воображаемого наблюдателя, находящегося на поверхности объекта произойдет своего рода полная СМЕНА ПОЛЮСОВ! Условное «северное полушарие» станет «южным», а «южное» — «северным»!

Тут просматриваются определённые параллели между движением «гайки Джанибекова» и движением планеты Земля. И рождается вопрос «А вдруг кувыркается не только гайка, но и наша планета?» Может, раз в 20 тысяч лет, а может, и чаще…

И как тут не вспомнить о гипотезе катастрофического сдвига полюсов Земли, сформулированной ещё в середине 20 века Хью Брауном и поддержанной научными работами Чарльза Хэпгуда («The Earth’s Shifting Crust», 1958  и «Path of the Pole», 1970)  и Иммануила Великовского («Столкновение миров», 1950)?

Эти исследователи изучали следы прошлых катастроф, и пыталась дать ответ на вопрос «Почему они происходили так масштабно и имели такие последствия, словно Земля переворачивалась, меняла географические полюса?»

К сожалению, им не удалось выдвинуть убедительные причины «переворотов Земли». Излагая гипотезу, они предположили, что причина «кувырка» — неравномерное нарастание ледовой  «шапки» на полюсах планеты. Научное сообщество посчитало такое объяснение несерьёзным и записало теорию в разряд маргинальных.

Однако, «Эффект Джанибекова» заставил по-новому отнестись к этой теории. Учёные уже не могут исключить того, что та самая физическая сила, которая заставляет кувыркаться гайку, может переворачивать и нашу планету… И следы прошлых планетарных катастроф ярко свидетельствуют о масштабах этого явления.

Теперь, мой читатель, наша задача разобраться с физикой переворота.

Китайский волчок

Китайский волчок (волчок Томсона) — это игрушка, по форме напоминающая усеченный шар, по центру среза которого расположена ось. Если этот волчок сильно раскрутить, установив его на ровной поверхности, то можно наблюдать эффект, казалось бы, нарушающий законы физики. Ускоряясь, волчок, вопреки всем ожиданиям, опрокидывается набок и продолжает переворачиваться дальше, пока не встанет на ось, на которой будет затем  продолжать вращаться.

Ниже представлена фотография, где учёные-физики наблюдают очевидное нарушение законов классической механики. Переворачиваясь, волчок совершает работу по подъёму своего центра масс.

«Какая физическая причина такого поведения волчка?» — вот вопрос, который интересовал даже самых маститых учёных 20 века.

Все попытки дать математическое обоснование на основе законов классической механики не были достаточно убедительными. Приходилось объяснять движение волчка с помощью разных дополнительных предположений о влиянии трения.

Однако, всё, оказывается, проще — волчок переворачивается под действием тех же сил, что и «гайка Джанибекова». Трение не вызывает переворот! Оно может лишь замедлять вращение, постепенно забирая энергию у волчка.

На орбите Земли и на её поверхности физические законы одни и те же. Разница лишь в том, что на поверхности Земли действует ещё и заметная сила притяжения. Надолго в воздухе не зависнешь… Поэтому волчок Томсона не мог показать то, что показала «гайка Джанибекова» — он переворачивался всего один-два раза, затем терял силу своего вращения и останавливался. Но именно эта игрушка заставляла учёных искать причины своего странного движения. И когда был обнаружен «эффект Джанибекова», про китайский волчок вспомнили и увидели, что эти явления очень похожи.

Возьмём и мы модель китайского волчка, и попробуем найти объяснение «эффекту Джанибекова».

Жёлтая точка — центр масс.

Красная линия — ось вращения волчка.

Синяя линия обозначает плоскость, перпендикулярную оси вращения волчка и проходящую через центр масс. Эта плоскость разделяет волчок на две половины -сферическую (нижнюю) и срезанную (верхнюю).

Назовём эту плоскость — ПЦМ (плоскость центра масс).

Светло-голубые кружки — символическое обозначение кинетической энергии вращения. Верхний кружок — энергия накопленного момента инерции той половины волчка, которая расположена выше ПЦМ. Нижний кружок — энергия той половины, которая расположена ниже ПЦМ. Автор провёл грубую количественную оценку разницы в кинетической энергии верхней и нижней половинок волчка Томсона (в варианте пластмассовой игрушки) — получилось около 3%.

Почему они разные? Это связано с тем, что форма двух половинок — разная, соответственно, и моменты инерции будут разными. Мы учитываем, что материал игрушки — однородный, поэтому момент инерции зависит только от формы объекта и направления оси вращения.

Итак, что мы видим на представленной выше схеме?

Мы видим некоторую энергетическую ассиметрию относительно центра масс. Энергетическая «гантель» с разными по мощности «грузиками» на концах (на схеме — светло-голубые кружки) явно будет создавать некоторую НЕСБАЛАНСИРОВАННОСТЬ.

Но природа не терпит дисгармонии! Ассиметрия «гантели» в одном направлении по оси вращения после переворота компенсируется ассиметрией в другом направлении вдоль той же оси. То есть баланс достигается периодическим изменением состояния во времени — вращающееся тело помещает более мощный «грузик» энергетической «гантели» то по одну, то по другую сторону от центра масс.

Такой эффект появляется только у тех вращающихся тел, у которых есть разница между моментами инерции двух частей — условно «верхней» и  «нижней», разделённых плоскостью, проходящей через центр масс и перпендикулярной оси вращения.

Как показывают эксперименты на орбите Земли,  даже обычная коробка с вещами может стать объектом для демонстрации эффекта.

Обнаружив, что для описания «эффекта Джанибекова» хорошо подходит математический аппарат из области квантовой механики (разработанный для описания явлений микромира, поведения элементарных частиц), учёные придумали даже специальное название для скачкообразных изменений в макромире  — «псевдоквантовые процессы».

Периодичность переворотов

Эмпирические (опытные) данные, собранные на орбите, показывают, что главный фактор, определяющий продолжительность периода между «кувырками», — разница между кинетическими энергиями «верхней» и «нижней» половинок объекта. Чем больше разница энергий, тем короче период между переворотами тела.

Если разница в моменте инерции (который после «закрутки» волчка становится накопленной энергией) очень маленькая, то такое тело будет стабильно вращаться очень долго.  Но такая стабильность всё равно не будет вечной. Когда-то наступит момент переворота.

Если говорить о планетах, в том числе и о планете Земля, то можно уверенно утверждать — они все точно не являются идеальными геометрическими сферами, состоящими из идеально однородного вещества. А значит, момент инерции условных «верхней» или «нижней» половинок планеты, пусть даже в сотых или тысячных долях процента, отличаются. И этого вполне достаточно, чтобы когда-то это привело к перевороту планеты относительно оси вращения и смене полюсов.

Особенности планеты Земля

Первое, что приходит в голову в связи с вышесказанным, — это то, что форма Земли явно далека от идеального шара и представляет собой геоид. Чтобы показать перепады высот на нашей планете более контрастно был разработан анимированный рисунок с многократно увеличенным масштабом перепада высот (см. ниже).

В реальности рельеф Земли намного более сглаженный, но сам факт неидеальности формы планеты очевиден.

Соответственно, стоит ожидать, что неидеальность формы, а также и неоднородность внутреннего вещества планеты (наличие полостей, плотных и пористых литосферных слоёв и т.п.) обязательно приведёт к тому, что «верхняя» и «нижняя» части планеты будут иметь некоторую разницу в моменте инерции. И это значит, что «перевороты Земли», как их называл Иммануил Великовский, — не выдумка, а вполне реальное физическое явление.

Вода на поверхности планеты

Теперь нам нужно учесть один очень важный фактор, который отличает Землю от волчка Томсона и гайки Джанибекова. Этот фактор — вода. Океаны занимают около трёх четвертей поверхности планеты и содержат воды столько, что если всю её равномерно распределить по поверхности, то получится слой толщиной более 2,7 км. Масса воды составляет 1/4000 от массы планеты, но несмотря, на такую, казалось бы, незначительную долю, вода играет очень существенную роль в том, что происходит на планете при перевороте…

Давайте представим, что наступил момент, когда планета совершает «кувырок». Твёрдая часть планеты начнёт двигаться по траектории приводящей к смене полюсов. А что будет происходить с водой на поверхности Земли? Вода не имеет прочной связи с поверхностью, она может течь туда, куда будет направлена равнодействующая физических сил. Поэтому, согласно известным законам сохранения импульса и момента импульса, она будет пытаться сохранить то направление движения, которое выполнялось до «кувырка».

Что это значит? А это значит, что все океаны, все моря, все озёра придут в движение. Вода начнёт двигаться с ускорением относительно твёрдой поверхности…

В каждый момент времени на протяжении процесса смены полюсов, на водные массивы, в какой бы точке земного шара они не находились, почти всегда будут действовать две инерционные компоненты:

  1.  Первая компонента, непосредственно связана с движением планеты по траектории «кувырка». Земная твердь будет двигаться, а вода будет пытаться остаться в первоначальном положении. Произойдёт примерно то же, что и в том случае, когда мы резко двигаем тарелку с водой стоящую на столе — вода выплеснется за край тарелки.
  2. Вторая компонента, возникает из-за того, что положение точки поверхности меняется относительно полюсов, (для наблюдателя на поверхности планеты полюса перемещаются, «сдвигаются») и, как следствие, меняется широта, на которой она расположена.

Взгляните на рисунок ниже. На нем указана величина линейных скоростей на разных широтах (для наглядности выбраны несколько точек на поверхности земного шара).

Линейные скорости отличаются потому, что радиус вращения на разных географических широтах — разный. Получается, что если точка поверхности планеты «переезжает» ближе к экватору, то она увеличивает свою линейную скорость, а если от экватора, то уменьшает. Но вода-то не связана прочно с твёрдой поверхностью! Она сохраняет ту линейную скорость, которая у неё была до «кувырка»!

Из-за разности линейных скоростей воды и твёрдой поверхности Земли (литосферы), получается эффект цунами. Масса океанической воды движется относительно поверхности невероятно мощным потоком. Посмотрите, какой явный след остался от прошлого сдвига полюсов. Это пролив Дрейка, он находится между Южной Америкой и Антарктидой. Мощность потока впечатляет! Он протащил остатки ранее существовавшего перешейка на две тысячи километров.

На старинной карте мира отлично видно, что никакого пролива Дрейка в 1531 году ещё нет… Или о нём ещё неизвестно, и картограф рисует карту по старым сведениям.

Величина инерционных компонент зависит от расположения интересующей нас точки, а также от траектории «кувырка» и от того, на какой временной стадии переворота мы находимся. После окончания переворота величина инерционных компонент станет нулевой, и движение воды постепенно погасится за счёт вязкости жидкости, за счёт сил трения и земного притяжения.

Следует сказать, что на поверхности земного шара при «сдвиге полюсов» есть две зоны, в которых обе инерционные компоненты будут минимальными. Можно сказать, что эти два места являются наиболее безопасными с точки зрения угрозы от потопной волны. Их особенность в том, что в них не будет инерционных сил, заставляющих воду двигаться в каком-либо направлении.

К сожалению, нет никакого способа заранее предсказать расположение этих зон. Единственно, что можно сказать, что центры этих зон находятся на пересечении экваторов Земли — одного, который был до «кувырка» и другого, который стал после него.

Динамика водного потока под влиянием инерционных компонент

На рисунке ниже схематично представлено движение массива воды под воздействием сдвига полюсов. На первой картинке слева мы видим суточное вращение Земли (зелёная стрелка), условное озеро (синий кружок — вода, оранжевая окружность — берега). Два зелёных треугольника обозначают два геостационарных спутника. Поскольку перемещение литосферы не влияет на их местонахождение, мы будем использовать их как ориентиры позволяющие оценить расстояния и направления перемещения.

Розовые стрелки показывают направление перемещения южного полюса (направлены вдоль траектории сдвига). Берега озера перемещаются (относительно оси вращения планеты) вместе с литосферой, а вода под воздействием сил инерции пытается сначала сохранить своё положение и перемещается вдоль траектории сдвига, а потом под воздействием второй инерционной компоненты постепенно поворачивает своё движение в сторону вращения планеты.

Это наиболее заметно, если сопоставлять положение на схеме синего кружка (водного массива) и зелёных треугольников (геостационарных спутников).

Ниже на карте мы можем увидеть следы водно-селевого потока, направление движения которого постепенно разворачивается под воздействием второй инерционной компоненты.

На этой карте есть следы и других потоков. Мы разберём их в следующих частях серии.

Демпфирующий эффект океанов

Следует сказать, что водные массивы океанов не только несут разрушения от катастрофических потоков-цунами. Но они являются причиной ещё одного эффекта — эффекта демпфирования, тормозящего переворот планеты.

Если бы наша планета имела только сушу и не имела океаны, то смена полюсовпроходила бы точно также, как у «гайки Джанибекова» и китайского волчка, — полюса менялись бы местами.

Но, когда во время переворота вода начинает двигаться по поверхности, она вносит изменение в энергетическую составляющую вращения, а именно — распределение момента инерции. Хотя масса поверхностной воды составляет всего 1/4000 массы планеты, её момент инерции равен примерно 1/500 от общего момента инерции планеты.

Этого оказывается достаточным, чтобы погасить энергию переворота раньше, чем полюса провернутся на 180 градусов. В результате на планете Земля происходит сдвигполюсов, вместо полного переворота, — «смены полюсов».

Атмосферные явления при сдвиге полюсов

Основной эффект «кувырка» планеты, проявляющийся в атмосфере, — мощная электризация, увеличение статического электричества, повышение разности электрических потенциалов между слоями атмосферы и поверхностью планеты.

Помимо этого из глубин планеты выходит масса разных газов, в том числе происходит и многократно усиленная напряжением литосферы водородная дегазация. Водород в условиях электрических разрядов интенсивно взаимодействует с кислородом атмосферы, происходит образование воды в многократно превышающих климатическую норму объёмах.

Продолжение следует…

http://www.tart-aria.info/…

Этот волчок непростой. Его еще называют китайским, или волчком Томсона.

volchok4-291x300.jpg

Цитата из статьи «Физика в игрушках»: «Эта любопытная игрушка необычна не только своей формой, но и тем, что ведет себя «не по правилам». Волчок Томсона представляет собой шар усеченной формы, по центру среза которого расположена ось. Если ее сильно раскрутить, установив волчок на ровной поверхности, вы сможете наблюдать эффект, казалось бы, нарушающий законы физики. Ускоряясь, волчок, вопреки всем ожиданиям, опрокидывается набок и продолжает переворачиваться дальше, пока не встанет на ось, на которой будет затем продолжать вращаться.»volchok1-300x160.jpg

Волчком этим в свое время интересовались крупнейшие ученые. Нобелевские лауреаты по физике Нильс Бор и Вольфганг Паули изучают китайский волчок, 31.03.1951

volchok3-300x267.jpg

Статьи о волчке публиковались в научно-популярных журналах. Журнал «Квант» за 1971 год.

Волчки такие на сегодняшний день довольно большая редкость. Изредка встречаются в Умной игрушке.

volchok2.jpg

Про китайский волчок есть коротенькая статья в Википедии.

А здесь статья на английском, интересные иллюстрации, есть ссылка на патенты (!!!) на этот волчок (выданы в Германии в 1951 и 1953 годах).

Вот такое вот научное развлечение.

Используемые источники:

  • http://al-vo.ru/mekhanika/kitajskij-volchok-teoriya-perevorota.html
  • https://cont.ws/post/690504
  • http://igrudom.ru/volchok/

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации