акция

Кориолисово ускорение и его влияние на космические объекты

Авторы: Ермолин В. Б.

.

Рубрика: Науки о Земле

Страницы: 74-93

Объём: 1,0

Опубликовано в: «Наука без границ» № 2 (7), февраль 2017

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Ермолин В. Б. Кориолисово ускорение и его влияние на космические объекты // Наука без границ. - 2017. - № 2 (7). - С. 74-93.

Аннотация: В статье рассмотрено влияние сил Кориолисова ускорения, сил инерции и сил гравитации на планеты Солнечной системы, а также и на все объекты существующей Вселенной. Объяснено также действие сил Кориолисова ускорения на образование океанских приливов и отливов, с наибольшей силой действующих в экваториальной зоне Земли. Установлено воздействие сил Кориолисова ускорения на положение осей вращения и плоскостей орбит любых космических объектов, в том числе и планет Солнечной системы, при одновременном вращении этих объектов вокруг собственной оси и вокруг центра вращения, что характерно для всех планетных систем Вселенной.

Summary: The article considers the effect of the Coriolis acceleration forces, inertia forces and the gravity forces of on the planets of the Solar system, as well as all existing objects of the Universe. It explains also the effect of the Coriolis acceleration forces on the formation of the ocean tides, with the greatest force acting in the Earth's equatorial zone. The authors have established the effect of the Coriolis acceleration forces on the position of the rotary axes and planes of the orbits of any space objects, including planets in the Solar system, with the simultaneous rotation of these object around their own axes and around the centre of rotation, which is typical of all the planetary systems of the Universe.

Часть 1. Океанские приливы и отливы

Давно известно, что лунно-солнечные океанские приливы и отливы являются следствием закона всемирного тяготения. Казалось бы всё ясно. Однако традиционные теории приливов и отливов очень часто находятся в поразительном несогласии с реальной картиной того, что происходит на самом деле. Для предвычисления же приливов и отливов даже в настоящее время чаще всего используются статистические данные. В данной статье мы не будем рассматривать все или некоторые существующие проблемы по данному вопросу. Об этом очень много написано в открытой печати и, в частности, в статье А. А. Гришаева «Новый взгляд на природу приливообразующих сил» [1].

Наша задача показать в предлагаемой статье, что не только Луна и Солнце являются причиной образования океанских приливов и отливов. Есть и другие, не менее важные факторы их образования.

Рисунок 1

Рис. 1

На рис. 1 изображено: С – Солнце; R – расстояние от Земли до Солнца; 1 – стрелка, показывающая направление вращения Земли вокруг своей оси; А – орбита, по которой в 12 часов по солнечному времени поверхность экватора движется вокруг Солнца; В – орбита, по которой в 00 часов по солнечному времени поверхность экватора движется вокруг Солнца.

Стрелки на обеих орбитах показывают направление движения различных участков экватора в разное время суток при движении Земли вокруг Солнца.

Как видно из рис. 1, самое близкое расстояние участка поверхности Земли на экваторе до Солнца бывает тогда, когда на этом участке экватора наступает полдень т. е. 12 часов по солнечному времени. Это расстояние равно R, или по самым последним данным науки оно составляет 149 597 871 км. Зная это расстояние можно достаточно легко определить длину окружности, по которой движется поверхность экватора Земли, когда на этой поверхности 12 часов по солнечному времени. Поскольку длина окружности A=2πR, то подставляя R=149 597 871 km, π = 3,14, получим: A = 2πR = 2 х 3,14 х 149 597 871 = 939 474 630 км. Поверхность экватора, на которой 12 часов по солнечному времени, пролетает это расстояние за один год. Чтобы узнать скорость движения этого участка экватора вокруг Солнца за 1 секунду, надо разделить длину окружности, равную 939 474 630 км на число секунд в году. Поскольку в году 365 дней + 6 часов, то число секунд в году равно 31 557 600. Делим длину окружности А на количество секунд в году и получаем, что скорость участка экватора, на котором 12 часов по солнечному времени при движении Земли вокруг Солнца равна 29 770 м/сек.

Из рис. 1 мы также видим, что расстояние от Солнца до поверхности экватора Земли, на которой наступила полночь на величину диаметра Земли больше, чем до поверхности экватора Земли, на которой в это же самое время наступил полдень. Поэтому расстояние от Солнца до поверхности экватора Земли в полночь по солнечному времени (рис. 1)

Rn = R+RR1-R12,

где    RR1-R12 диаметр Земли по экватору, длина которого 12 756 км равно:

Rn = R+RR1-R12 = 149 597 871 + 12 756 = 149 610 627 км.

Теперь можно легко определить длину окружности В (рис. 1).

В = 2πRn

Итак, В = 2 х 3,14 х 149 610 627 км = 939 554 738 км. Следовательно, скорость движения участков поверхности экватора в полночь при движении Земли вокруг Солнца равна:

V = В/t = 939 554 738 000 / 31 557 600 = 29 773 м/сек.

Сравнивая скорость движения участков экватора Земли в том направлении, в котором Земля движется вокруг Солнца видно, что в полдень по солнечному времени участки Земли на экваторе движутся на 3 метра в секунду медленнее, чем участки экватора Земли в полночь. А что такое 3 метра в секунду? Это 180 метров в минуту или 10,8 км в час. Это связано с тем, что Земля вращается вокруг Солнца, но при этом она ещё вращается и вокруг собственной оси. В связи с этим, при одной и той же угловой скорости вращения Земли вокруг Солнца, линейная скорость отдельных участков экватора постоянно меняется от минимума при 12 часах по солнечному времени до максимума при 24 часах по солнечному времени, так как постоянно меняется радиус вращения, особенно экваториальных участков поверхности Земли также от минимума, при 12 часах по солнечному времени, до максимума, при 24 часах по солнечному времени. Таким образом, здесь возникают условия для проявления сил Кориолисова ускорения. Однако работают эти силы далеко не по линейному закону. На рис. 1 хорошо видно, что участок экватора Земли в 12 часов по солнечному времени ближе всего находится к Солнцу, т. е. радиус вращения этого участка экватора минимальный, а поэтому и скорость его движения вокруг Солнца минимальна. Из рис. 1 видно, что скорость увеличения радиуса вращения конкретного участка экватора от 12 часов по солнечному времени до 14 часов по солнечному времени изменяется достаточно мало, т. е. ускорение движения этого участка экватора Земли вокруг Солнца происходит достаточно медленно. С 14 до 16 часов по солнечному времени изменение радиуса вращения в сторону его увеличения за один и тот же промежуток времени происходит несколько быстрее, следовательно быстрее происходит изменение скорости движения этого участка экватора вокруг Солнца. Как видно из рис. 1 после 16 и до 20 часов по солнечному времени увеличение радиуса вращения происходит быстро и при этом изменение скорости движения этих частей экватора Земли в сторону увеличения также происходит быстро, т. е. на этих участках поверхности экватора Земли возникает максимальное ускорение движения в сторону движения Земли вокруг Солнца, а, следовательно, действует максимальное Кориолисово ускорение (далее – КУ). При этом силы КУ направлены в сторону, строго противоположную той, куда движется Земля, при её вращении вокруг Солнца. Между 20 и 22 часами по солнечному времени скорость увеличения радиуса вращения Земли вокруг Солнца заметно замедляется, а между 22 и 24 часами скорость увеличения радиуса вращения Земли вокруг Солнца становится очень медленной и в 24 часа по солнечному времени полностью прекращается, а КУ становится равным 0. При этом, поверхность экватора Земли, на которой солнечное время равно 24 часам двигается вокруг Солнца с максимальной скоростью, равной 29 773 метров в секунду, тогда как другая поверхность экватора Земли, где 12 часов по солнечному времени двигается вокруг Солнца со скоростью 29 770 метров в секунду. Далее из рис. 1 видно, что начиная с 24 и до 12 часов по солнечному времени радиус вращения каждой части поверхности экватора в зависимости от времени суток уменьшается по такому же закону, по которому он увеличивался, с 12 до 24 часов по солнечному времени при движении Земли вокруг Солнца. Точно так же с 24 до 12 часов по солнечному времени действуют и силы КУ, т. е. именно так, как они действовали с 12 до 24 часов по солнечному времени, но только в противоположную сторону, ибо теперь силы КУ направлены в сторону движения Земли вокруг Солнца.

Известно, что при вращении какого-либо тела вокруг центра вращения с постоянной угловой скоростью, при изменении радиуса вращения этого тела в сторону увеличения, линейная скорость движения этого тела увеличивается и, следовательно, при этом возникает кориолисово ускорение и появляется сила, действующая на это тело в сторону, противоположную направлению движения этого тела вокруг центра вращения. Если же радиус движения тела вокруг центра вращения начинает уменьшаться, то возникает КУ, сила которого действует на это тело в ту же сторону, в которую движется это тело вокруг центра вращения. При этом возникающая сила КУ пропорциональна скорости изменения радиуса вращения тела вокруг центра вращения. Поэтому на разные участки земной поверхности (максимум на экваторе и с постепенным уменьшением воздействия сил КУ в направлении к полюсам – южному и северному, где воздействие сил КУ уже равно нулю) постоянно оказывают своё влияние силы КУ. Поскольку сила КУ пропорциональна скорости изменения радиуса вращения тела вокруг центра вращения, то на рис. 2 изображён график изменения силы КУ и направление её действия в зависимости от времени суток, где V – направление движения Земли вокруг Солнца; FКУ – направление действия силы КУ и её величина в зависимости от времени суток.

Рисунок 2

Рис. 2 

Из графика на рис. 2 отчётливо видно, что силы КУ оказывают максимальное воздействие на воды океанов, находящихся в районе экватора с 4 до 8 часов и с 16 до 20 часов, а в районе 24 и 12 часов их воздействие на океанские воды минимально.

Но всё это совершенно справедливо только при условии, что ось вращения Земли перпендикулярна плоскости орбиты Земли при её вращении вокруг Солнца.

Рисунок 3

Рис. 3

На рис. 3 изображены: С – Солнце; 1 – Земля (линия экватора); 2 – направление вращения Земли вокруг оси; 3 – направление движения Земли при её вращении вокруг Солнца; О – условная ось вращения Земли (Северный полюс). Позиция b – стрелки показывают направление действия сил КУ и их относительную силу в зависимости от времени суток. (Это же относится и к позициям е, d и а).

Из рис. 3 хорошо видно, что при оси вращения Земли, перпендикулярной к плоскости орбиты не происходит сезонных изменений климата, а силы КУ всегда имеют постоянную, зависящую только от времени суток и не зависящую от времени года величину. Но ось вращения Земли наклонена к перпендикуляру относительно плоскости орбиты Земли под углом 23,44 градуса.

Рисунок 4

Рис. 4:

На рис. 4 изображено: С – Солнце; 1 – Земля; 2 – «b-a» ‑ ось вращения Земли; 3 – направление вращения Земли (линия экватора) при её вращении вокруг оси b-a; 4 – направление вращения Земли, при её движении вокруг Солнца; а – северный полюс; b – южный полюс.

На рис. 4 хорошо видно, что когда Земля находится в позициях А и Е, то есть когда условная ось вращения Земли b-a параллельна плоскости орбиты Земли, при её вращении вокруг Солнца и при этом эта ось направлена на центр Солнца, то в этой позиции силы КУ полностью отсутствуют, т. к. при вращении Земли вокруг своей оси и при одновременном движении Земли вокруг Солнца ни одна точка на поверхности Земли не меняет величины своего радиуса вращения при движении Земли вокруг Солнца. Мы видим, что для позиции А Земля находится в состоянии, при котором в южном полушарии Земли разгар лета, тогда как в северном полушарии разгар зимы. Совсем другую картину мы наблюдаем, когда Земля находится в позиции В и D. Здесь ось вращения Земли b-a лежит в плоскости орбиты Земли при её движении вокруг Солнца, но ось вращения Земли расположена перпендикулярно относительно прямой, проходящей через центры Земли и Солнца. Мы видим, что при вращении Земли вокруг своей оси при её движении вокруг Солнца в полдень (12 часов) поверхность экватора максимально приближена к Солнцу, а в полночь (24 часа) она максимально удалена от Солнца, т. е. при вращении Земли вокруг своей оси происходит нелинейное изменение радиуса вращения поверхности Земли (особенно на экваторе) в зависимости от времени суток. В позициях В и D силы КУ всегда максимальны. На рис. 4 также видно, что в позиции В и D Земля находится в осенне-весеннем (или весенне-осеннем) равноденствии и в этом положении силы КУ действуют с максимально возможной силой и тогда, когда условная ось вращения Земли перпендикулярна плоскости орбиты (рис. 3), и тогда, когда условная ось вращения Земли параллельна плоскости орбиты (рис. 4, позиции В, D).

Но ось вращения Земли наклонена к перпендикуляру относительно плоскости орбиты Земли под углом 23,44 градуса. Поскольку в позиции В и D (рис. 4) положение оси вращения Земли никак не влияет на силы КУ (они в этой позиции всегда максимальны), то в позиции а и е (рис. 3) от положения собственной оси вращения Земли силы КУ меняют свою величину от максимума, когда ось Земли О перпендикулярна плоскости орбиты, до нуля, когда ось вращения Земли О параллельна плоскости орбиты. Отсюда следует вывод, что весной и осенью силы КУ действуют на ежесуточные приливы и отливы, особенно в экваториальных районах с максимально возможной силой, особенно в середине весеннего и осеннего периода, но постепенно уменьшая силу своего воздействия по мере наступления зимнего и летнего периодов. Уменьшение влияния сил КУ, особенно в середине летнего и зимнего периода происходит ввиду наклона оси вращения Земли и это уменьшение составляет примерно треть от тех сил, которые влияли бы на приливы и отливы, если бы ось вращения Земли была перпендикулярна плоскости орбиты Земли.

Часть 2. Кориолисово ускорение и положение осей вращения космических объектов

Наша Солнечная система состоит из 9 достаточно крупных планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Сатурн, Юпитер, Уран, Нептун и Плутон). Все они вращаются вокруг Солнца в плоскости солнечного экватора и также все вращаются вокруг своей оси вращения в ту же сторону, в которую они вращаются и вокруг Солнца, за исключением Венеры, Урана, Нептуна и Плутона. Здесь уместно заметить, что Солнце вращается вокруг центра нашей Галактики в ту же сторону, в которую оно вращается и вокруг своей оси вращения. Кроме того, оси вращения всех планет почти перпендикулярны относительно плоскости своих орбит, за исключением 3 планет – Урана, Нептуна и Плутона, оси вращения которых расположены в пространстве произвольно. Такого совпадения параметров большинства планет в природе не бывает случайным, а поэтому должно быть дано объяснение этому феномену.

На рис. 5 изображена планета (например, Земля). Эта планета вращается вокруг собственной оси в направлении стрелки 2 и при этом она вращается вокруг Солнца в направлении стрелки 1.

Рисунок 5

Рис. 5

Поскольку планета вращается вокруг собственной оси и при этом ещё вращается вокруг Солнца, то появляются силы КУ, направление действия которых указано стрелками 3. Как известно, при изменении радиуса вращения тела вокруг оси возникает сила кориолисова ускорения. При этом, если радиус вращения увеличивается, то возникающая сила КУ направлена навстречу вращению тела, а если радиус вращения уменьшается, то возникающая при этом сила КУ направлена в сторону вращения данного тела.

На рис. 5 видно, что в точке а поверхность планеты имеет минимальное расстояние до Солнца. Это бывает в 12 часов по солнечному времени. При вращении планеты вокруг Солнца и при одновременном вращении планеты вокруг собственной оси радиус вращения поверхности планеты вокруг Солнца после 12 часов дня (точка а) начинает увеличиваться и, при этом, естественно, возникают силы КУ (рис. 1 и 2). Поскольку планета вращается вокруг собственной оси в направлении стрелки 2 и ещё при этом вокруг Солнца в направлении стрелки 1, то видно, что с изменением времени на участке поверхности в точке а в связи с вращением Земли радиус вращения этого участка Земли при её движении вокруг Солнца увеличивается и возникает КУ, сила которого направлена навстречу движения этой планеты вокруг Солнца ввиду того, что при минимальной скорости движения участка Земли в точке а, в дальнейшем радиус вращения этой точки поверхности Земли начинает увеличиваться, а следовательно возрастает скорость движения этого участка Земли при его движении вокруг Солнца. На этом же основании точка b (это 24 часа по солнечному времени), находясь на самом большом удалении от Солнца начинает терять свою максимальную скорость, поскольку радиус её движения вокруг Солнца начинает уменьшаться, а это вызывает появление КУ, сила которого 3, согласно теореме Кориолиса, начинает действовать в сторону движения планеты вокруг Солнца. Штриховые стрелки на рис. 5 показывают направление движения планеты вокруг Солнца. Таким образом, в 6 и 18 часов силы КУ проявляются максимально (рис. 1 и 2) и при этом точки приложения сил КУ находятся на одной прямой, но направлены в противоположные стороны. Но т. к. эти силы равны между собой, то никакого воздействия на положение оси вращения планеты в пространстве они не оказывают. Всё вышесказанное относится ко всем четырём позициям планеты (KLMN) на рис. 5.

На рис. 6 изображена планета 4 (например, Земля). В отличие от планеты 4 на рис. 5 эта планета имеет обратное вращение вокруг своей оси по стрелке 2, но вращается эта планета вокруг Солнца в том же направлении по стрелке 1, что и на рис. 5. Поскольку ось вращения Земли на рис. 6 перпендикулярна плоскости орбиты Земли при её вращении вокруг Солнца и вращение Земли вокруг оси происходит в обратном направлении, относительно вращения Земли вокруг Солнца (штрих-линии показывают направление движения Земли вокруг Солнца), то возникающие при этом силы КУ 3 тоже воздействуют на положение оси вращения Земли в окружающем пространстве, но уже в противоположном направлении, относительно того, что изображено на рис. 5. При таком «неправильном» вращении Земли вокруг оси силы КУ 3 уже действуют навстречу друг другу, но т. к. они равны и при этом точки приложения этих сил 3 находятся на одной прямой, то никакого воздействия на изменение положения оси вращения Земли в пространстве они тоже не оказывают. Это относится и ко всем четырем позициям планеты на рис. 6 (KLMN) в равной степени. Но ось вращения Земли в самом начале своего появления в окрестностях Солнца могла быть расположена и параллельно плоскости орбиты.

Рисунок 6

Рис. 6

Рисунок 7

Рис. 7

На рис. 7 изображена планета 2 (например, Земля), ось вращения которой О-О параллельна плоскости орбиты.  При этом показано стрелками направление вращения планеты вокруг оси. Направление вращения Земли вокруг Солнца 4 показано стрелкой 1. На рис. 7 и 8 отчётливо видно, что в позициях А и С при вращении Земли вокруг оси О-О при одновременном её движении вокруг Солнца по стрелке 1 КУ полностью отсутствует, т. к. при вращении Земли вокруг собственной оси радиус любой точки поверхности Земли не меняется при движении Земли вокруг Солнца. Однако в позициях В и D ситуация совершенно иная. Здесь видно, что при вращении Земли вокруг оси О-О и при одновременном движении Земли вокруг Солнца радиус отдельных участков поверхности Земли постоянно изменяется при движении Земли вокруг Солнца и этот радиус минимален в 12 часов по солнечному времени и максимален в 24 часа по солнечному времени. Стрелка 1 указывает направление движения Земли вокруг Солнца. Стрелки внутри окружностей показывают направление вращения Земли вокруг оси О-О. Прямая LK – диаметр Земли по экватору. Точки NM – тоже диаметр Земли по экватору (чертеж объемный).

Учитывая направление движения Земли вокруг Солнца, а также направление вращения Земли вокруг оси О-О, очевидно, что в точке N (позиция В) солнечное время равно 18 часам, тогда как в точке М оно равно 6 часам. Очевидно, что в точке N (поверхность экватора в 18 часов по солнечному времени) действует усреднённая сила Кориолиса F1 и эта сила направлена в обратную сторону, относительно движения Земли вокруг Солнца. Тогда как в точке М (поверхность экватора в 6 часов по солнечному времени) действует сила Кориолиса F2 и эта сила направлена в сторону движения Земли вокруг Солнца (рис. 1 и 2). Ввиду действия сил F1 и F2 на ось вращения Земли О-О ось стремится принять положение, перпендикулярное плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Если посмотреть на рис. 8, то видно, что при одном и том же направлении Земли 2 вокруг Солнца 4, направление вращения Земли вокруг оси О-О происходит в обратном направлении, относительно рис. 7. Отсюда очевидно, что в точке N (позиция В) солнечное время равно 6 часам, а в точке М оно равно 18 часам по солнечному времени. В связи с этим обстоятельством сила F1 действует на поверхности экватора в 6 часов по солнечному времени в сторону движения Земли вокруг Солнца, а сила F2 на поверхности экватора в 18 часов по солнечному времени действует в противоположную сторону относительно движения Земли вокруг Солнца.

Рисунок 8

Рис. 8

Итак, когда ось вращения Земли параллельна плоскости орбиты Земли, при движении Земли вокруг Солнца (рис. 7 и 8, позиции В и D), то возникают силы КУ, которые стремятся повернуть ось вращения Земли таким образом, чтобы ось была перпендикулярна плоскости орбиты Земли, и при этом эти силы разворачивают ось вращения Земли таким образом, что Земля (или иная планета) начинают, в конце концов, вращаться вокруг своей оси в ту же сторону, в которою она вращается и вокруг Солнца (или другой звезды).

Следует отметить, что планет, имеющих ось вращения строго перпендикулярно, по отношению к плоскости своей орбиты пока практически не обнаружено. Для этого есть причина.

Рисунок 9

Рис. 9 

На рис. 9 в позиции А изображена ось вращения О-О какой-либо планеты 1. Эта ось вращения параллельна плоскости орбиты, по которой движется планета вокруг Солнца. Прямая MN – это диаметр этой планеты по экватору. Стрелки на окружности показывают направление вращения этой планеты вокруг своей оси вращения. Прерывистая стрелка 2 показывает направление движения планеты вокруг Солнца. Солнце на рис. 9 находится над поверхностью листа (чертёж объёмный). Учитывая это, в точке а солнечное время равно 12 часам, а в точке а1 солнечное время равно 24 часам. В связи с этим, в точке М солнечное время равно 6 часам, а в точке N солнечное время равно 18 часам. Но тогда в этих точках М и N действуют максимальные силы Кориолиса F1 и F2 (рис. 2), а рычаг приложения этих сил равен МС и NC, т. е. воздействие сил КУ в таком положении оси О-О максимально. В позиции В видно, что ось вращения планеты О-О находится под углом приблизительно 45 градусов к плоскости орбиты. Мы видим, что здесь рычаг приложения сил F1 и F2 уже значительно уменьшился и стал равен М1C и N1C, а, следовательно, воздействие сил КУ на положение оси вращения планеты О-О в пространстве уже значительно уменьшилось. В позиции D, в связи с тем, что угол между осью вращения планеты О-О и плоскостью орбиты уже близок к 90 градусам и рычаг приложения сил F1 и F2 стал очень мал (M1С и N1C), то воздействие этих сил на положение в пространстве оси вращения планеты тоже стало очень малым. Поскольку всякая вращающаяся планета вокруг своей оси обладает свойствами волчка (гироскопа), т. е. старается удержать положение своей оси вращения в пространстве неизменным, то когда силы КУ F1 и F2 станут равны гироскопическим силам планеты, то изменение положения оси вращения в пространстве прекратится, т. е. ось вращения планеты окажется под некоторым, достаточно небольшим углом по отношению к плоскости орбиты. Этот угол будет определяться соотношением сил КУ и гироскопических сил планеты.

На рис. 10 изображена точно такая же ситуация, как и на рис. 9 с той лишь разницей, что здесь направление вращения планеты вокруг своей оси О-О происходит уже в обратную сторону, относительно рис. 9 (см. стрелки на окружности). Имея в виду то, что в точке а (рис. 10, позиция А) солнечное время равно 12 часам, а в точке а1 оно равно 24 часам и учитывая направление вращения планеты вокруг оси, становится ясным, что в точке М солнечное время будет равно 18 часам, а в точке N оно будет равно 6 часам. Но в точках М и N действуют силы КУ F1 и F2, которые в данных условиях направлены в противоположные стороны, относительно таких же сил на рис. 9.

Рисунок 10

Рис. 10

Действующие на рис. 9 силы Кориолиса F1 и F2 разворачивают ось вращения планеты против часовой стрелки, что приводит к тому, что планета начинает вращаться вокруг своей оси в ту же сторону, в которую она вращается и вокруг Солнца. На рис. 10 силы F1 и F2 тоже разворачивают ось вращения планеты О-О, но только по часовой стрелке и это приводит к тому же результату, что и на рис. 9. Когда ось вращения планеты под действием сил КУ начинает принимать вертикальное положение относительно плоскости орбиты, эта планета, как и на рис. 9 тоже начинает вращаться в ту сторону, в какую она вращается при своём движении вокруг Солнца. При этом чем больший угол образуется между осью вращения планеты и плоскостью орбиты, тем с меньшей силой, как это было уже показано выше, действуют на эту ось вращения силы КУ F1 и F2 (рис. 10, позиция В и D).

Часть 3. Кориолисово ускорение и положение плоскостей орбит космических объектов

Как уже говорилось выше, наша Солнечная система состоит из 9 достаточно крупных планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Сатурн, Юпитер, Уран, Нептун и Плутон). Плоскости орбит всех этих планет (кроме Меркурия) лежат в плоскости эклиптики. Случайным такое положение быть не может и это явление требует пояснения.

Рисунок 11

Рис. 11

На рис. 11 изображено: Г – центр Галактики; С – Солнце; 1 – планета; 2, 3 – направление вращения планеты вокруг Солнца; 4 – направление вращения Солнца вокруг центра Галактики.

На рис. 11 рассматривается вращение планеты 1 вокруг Солнца сначала по стрелке 2, учитывая, что при этом Солнце С вращается вокруг центра Галактики по стрелке 4, а плоскость орбиты планеты параллельна плоскости экватора Солнца. Из рис. 11 отчётливо видно, что точка 5 на орбите, где иногда находится планета 1, при её вращении вокруг Солнца является самой удалённой от центра Галактики, а точка 6, где иногда бывает планета, при её вращении вокруг Солнца является самой близкой от центра Галактики. Отсюда следует, что радиус вращения планеты вокруг центра Галактики при её вращении вокруг Солнца меняется и это с неизбежностью вызывает появление сил Кориолиса. Так на рис. 11 (позиция А) видно, что когда планета перемещается по орбите вокруг Солнца из точки 5 по направлению стрелки 2, двигаясь при этом вместе с Солнцем вокруг центра Галактики, то радиус, а следовательно, и скорость её движения вокруг центра Галактики начинают постепенно уменьшаться до точки 6 на орбите её движения вместе с Солнцем вокруг центра Галактики. Но такое уменьшение скорости вызывает появление сил Кориолисова ускорения, которые в точке а на орбите планеты вокруг Солнца действуют максимально и обозначены как N, а стрелка указывает направление действия этих сил. Когда планета, двигаясь по орбите вокруг Солнца и двигаясь вместе с ним вокруг центра Галактики начинает смещаться из точки 6 к точке 5 своей орбиты вокруг Солнца по стрелке 2, то скорость её начинает возрастать, т. к. расстояние её от центра Галактики начинает увеличиваться, а это вызывает появление сил Кориолисова ускорения, которые в точке а1 на орбите планеты вокруг Солнца максимальны и обозначены как N1, указывая направление действия этих сил. Учитывая это, можно сказать, что плоскость орбиты при вращении планеты вокруг Солнца, при движении Солнца вокруг центра Галактики на этих условиях не изменит своего положения, т. е. плоскость вращения планеты вокруг Солнца будет оставаться практически в плоскости экватора Солнца и при этом планета будет вращаться в ту же сторону, в которую вращается Солнце вокруг своей оси и вокруг центра Галактики.

Однако любая планета может вращаться совершенно случайно и в сторону, указанную на рис. 11 (позиция А) стрелкой 3. Но тогда при перемещении по орбите от точки 5 к точке 6 по стрелке 3 планета начнёт терять свою максимальную скорость при её движении вместе с Солнцем вокруг центра Галактики и при этом, естественно, возникнут силы КУ, которые в точке а1 максимальны и обозначены как M1, указывая направление действия этих сил. При движении планеты из точки 6 на её орбите вокруг Солнца к точке 5 по стрелке 3 скорость движения планеты вокруг центра Галактики начнёт возрастать, а, следовательно, появятся силы КУ, которые в точке а достигнут своего максимального значения и они обозначены в точке а как M, одновременно указывая направление действия этих сил. При таком действии сил M и M1 орбита планеты будет вынуждена постепенно разворачиваться на 180 градусов, а после завершения разворота планета начнёт вращаться в плоскости экватора Солнца и, соответственно, в плоскости орбиты Солнца, при его вращении вокруг центра Галактики. При этом планета будет вращаться вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг собственной оси и вокруг центра Галактики, т. е. она будет вращаться по стрелке 2.

При рассмотрении ситуации в позициях В, F и D мы видим, что там нет никакой разницы относительно того, что мы сейчас рассмотрели в позиции А на рис. 11. Таким образом, если плоскость вращения планеты лежит в плоскости солнечного экватора, то она так и будет находиться в этом положении, с той лишь разницей, что силы КУ при «неправильном» вращении планеты вокруг Солнца «заставят» изменить направление вращения планеты вокруг Солнца на обратное, в результате чего планета начнёт вращаться вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг своей оси и вокруг центра Галактики.

Рисунок 12 

Рис. 12

На рис. 12 изображено: 1 – центр Галактики; 2 – Солнце; 3 – орбита Солнца при его движении вокруг центра Галактики; 4 – орбита планеты при ее вращении вокруг Солнца; 5 – планета, вращающаяся вокруг Солнца.

На рис. 12 рассматривается вращение планеты 5 вокруг Солнца, причём её орбита 4 расположена перпендикулярно относительно плоскости орбиты Солнца, при его вращении вокруг центра Галактики. На позиции С планета 5, находясь в точке А (самой удалённой от центра Галактики) смещается по орбите 4 в направлении стрелки к точке В (самой близкой к центру Галактики) т. е. радиус её вращения вокруг центра Галактики уменьшается, а поэтому скорость её движения вокруг центра Галактики уменьшается и, следовательно, возникают силы КУ от точки А до точки В, направление действия которых указывает стрелка F и величина которых сразу после точки А минимальна, затем она доходит до максимума (приблизительно в середине пути) и затем постепенно снижается до нуля в точке В. Двигаясь далее от точки В до точки А (по стрелке) скорость планеты от минимума в точке В начинает снова возрастать и доходит до максимума в точке А, т. к. при этом опять увеличивается радиус её вращения при её движении вокруг центра Галактики и, естественно, снова начинают сказываться силы КУ, направление действия которых указывает стрелка F1, причём изменение воздействующей силы КУ на планету происходит по такому же закону, как и в только что описанном случае. Если рассматривать положение плоскости орбиты планеты 5 в позиции Е, то там все процессы повторяются совершенно идентично и стрелки F и F1 показывают направление воздействия сил КУ и мы видим, что они действуют в том же направлении на движущуюся по орбите планету 5 как и в позиции С. Что касается позиций D и К на рис. 12, то совершенно очевидно, что при движении планеты 5 от точки А по стрелке до точки В и от точки В до точки А по стрелке расстояние относительно центра Галактики остаётся неизменным и, следовательно, силы КУ не проявляют себя и никакого влияния на движение планеты не оказывают. Поскольку, находясь в позиции С и Е планета испытывает постоянное воздействие сил КУ, то постепенно плоскость её орбиты начинает менять своё положение и со временем эта плоскость станет параллельной плоскости солнечного экватора и направление вращения планеты вокруг собственной оси совпадёт с направлением вращения Солнца вокруг его оси и с направлением его вращения вокруг центра Галактики.

На рис. 13 ситуация точно такая же, как и на рис. 12, с той лишь разницей, что планета 5 вращается вокруг Солнца в обратном направлении. Находясь в позиции С рис. 13 планета тоже испытывает воздействие сил КУ, но т. к. вращение её вокруг Солнца происходит в противоположном направлении по сравнению с рис. 12 позиция С, то и силы КУ F и F1, естественно, тоже действуют в обратном направлении (рис. 13, позиции С и Е). Когда планета находится в позиции D и К, то здесь (ввиду указанных выше причин на рис. 12, позиция D и К) силы КУ тоже полностью отсутствуют.

Рисунок 13

Рис. 13

Таким образом, когда планета 5 (рис. 13) находится в позиции С и Е, то силы КУ постепенно разворачивают орбиту планеты практически таким образом, что эта орбита становится со временем параллельна плоскости орбиты Солнца, при его движении вокруг центра Галактики, и при этом направление вращения планеты вокруг Солнца начинает совпадать с направлением его вращения вокруг центра Галактики точно так же, как это происходит и на рис. 12, позиция С и Е.

Выводы

1. Уже достаточно давно считается, что океанские приливы и отливы происходят под воздействием поля гравитации Луны и частично Солнца, вследствие чего на поверхности воды возникает водяной «горб», который движется в сторону Луны. Таким образом, движение «горба» воды в сторону Луны объясняется законом всемирного тяготения. Однако в первой части данной статьи доказано, что океанские приливы и отливы происходят также и под воздействием сил Кориолиса, т. е. под воздействием сил инерции. Многочисленные наблюдения показали, что дважды в сутки океанская вода приходит в движение на всю свою глубину от поверхности и почти до самого дна. Это движение воды начинается с нуля часов и длится до 12 часов дня в направлении, в котором движется Земля при её вращении вокруг Солнца, а с 12 часов дня до 24 часов ночи вода движется в сторону, противоположную движению Земли при её вращении вокруг Солнца.

Таким образом, если пытаться предвычислять приливы и отливы, используя только силы поля гравитации Луны и Солнца и не учитывать инерциальные силы, т. е. силы Кориолисова ускорения, то, конечно, ни о какой точности в предсказаниях о времени появления приливов и отливов и их величине говорить не приходится.

2. Как известно, силы Кориолисова ускорения в миллионы раз меньше сил поля гравитации, которые существуют между планетами и Солнцем. Но при этом надо иметь в виду, что в космосе полностью отсутствует трение, а поэтому планеты и спутники планет вращаются вокруг Солнца уже миллиарды лет и пока незаметно, что они готовы прекратить своё движение. Кроме того, из физики известно, что при полном отсутствии трения можно с помощью малой силы Fм произвести ту же самую работу А, которую можно сделать и с помощью большой силы Fб, с той лишь разницей, что времени на производство работы А с малой силой Fм будет затрачено гораздо больше, чем на проведение этой же самой работы А, но уже с большой силой Fб (зависимость нелинейная).

Таким образом, в космосе, где полностью отсутствует трение, при помощи незначительных сил можно производить огромные изменения в движениях и положениях планет, а для этого нужно только необходимое количество времени. Ну а времени у космических объектов всегда с избытком и исчисляется это время буквально миллиардами лет.

Во второй части настоящей статьи показано воздействие сил Кориолиса на положение осей вращения планет солнечной системы. Пять планет солнечной системы (Меркурий, Земля, Марс, Сатурн и Юпитер) благодаря воздействию на них сил КУ имеют оси вращения, расположенные почти перпендикулярно плоскости их орбит и все они вращаются вокруг своих осей в ту же сторону, в которую они вращаются вокруг Солнца. Такого случайно в природе не бывает. Но в Солнечной системе есть 4 планеты, направление осей вращения которых в пространстве практически произвольны. Это Венера, Уран, Нептун и Плутон. Но этому есть причины, которые легко объясняют поведение этих планет. Дело в том, что на три планеты (Уран, Нептун и Плутон) практически не действуют силы КУ. Первая причина – при вращении этих планет вокруг своей оси изменение радиуса вращения при движении этих планет вокруг Солнца практически ничтожно по сравнению с расстоянием этих планет до Солнца. При малом изменении радиуса вращения до Солнца, при вращении этих планет вокруг своей оси вполне естественно, что и возникающие при этом силы Кориолиса тоже ничтожно малы. Вторая причина состоит в том, что орбиты этих планет, которые находятся на огромном расстоянии от Солнца представляют из себя практически прямую линию, а силы Кориолиса не возникают, если вращающееся вокруг своей оси тело движется не по кривой, а по прямой линии.

Что касается Венеры, то здесь другая история. Если на перечисленные три планеты (Уран, Нептун и Плутон) благодаря их отдалённому положению от Солнца ничтожно слабо действует КУ, то Венера является планетой, очень близко расположенной от Солнца и на неё действуют силы Кориолиса. Но так случилось, что когда Венера случайно под действием поля гравитации Солнца оказалась на орбите вокруг Солнца, то её ось вращения была почти перпендикулярна плоскости орбиты. При этом её вращение вокруг собственной оси было неправильным, т. е. она вращалась в обратную сторону относительно её вращения вокруг Солнца. На рис. 10 показано, что при таком положении оси вращения рычаг приложения сил КУ практически отсутствует, а при обратном вращении планеты поворачивать ось вращения Венеры надо почти на 180 градусов. Однако Венера имеет очень медленное вращение вокруг своей оси, а значит, возникают очень незначительные силы КУ. Таким образом, если не произойдёт какой-либо космической катастрофы, то Венера всегда будет иметь неизменным положение своей оси вращения и всегда будет иметь «неправильное» вращение до того момента, когда за один оборот вокруг Солнца она будет совершать один оборот вокруг своей оси, т. е. будет вращаться вокруг Солнца так же, как Луна вращается вокруг Земли.

3. Выше указывалось, что чем дальше от Солнца находятся планеты и их спутники, тем меньшее влияние на них оказывают силы КУ. Примером этого, как мы уже знаем, являются планеты Уран, Нептун и Плутон, которые имеют произвольное положение своих осей вращения, а их спутники произвольное положение плоскостей орбит. Что касается плоскостей орбит планет Солнечной системы, то здесь всё наоборот. Уже начиная с Венеры и до Плутона включительно плоскости всех планетных орбит лежат строго в плоскости эклиптики. Объясняется это очень просто. Все планеты вращаются вокруг Солнца, а Солнце, при этом, вращается вокруг центра Галактики. За время одного витка вокруг Солнца каждая планета приближается к центру Галактики на минимальное от него расстояние, а затем удаляется от него на максимальное расстояние, двигаясь при этом вместе с Солнцем вокруг центра Галактики. Понятно, что двигаясь вместе с Солнцем вокруг центра Галактики и вращаясь при этом вокруг Солнца, радиус вращения планет относительно центра Галактики меняется, а это вызывает появление сил КУ. Но чем ближе к Солнцу находится планета, тем меньше диаметр её орбиты и, следовательно, меньше меняется её радиус вращения относительно центра Галактики, при её вращении вокруг Солнца, в связи с чем на эту планету действуют и меньшие силы КУ.

Ближайшей к Солнцу планетой является Меркурий, а поэтому именно у Меркурия и только у него одного из всех планет солнечной системы плоскость орбиты не лежит в плоскости эклиптики, а наклонена к ней под углом около 7 градусов. Поскольку диаметр орбиты Меркурия вокруг Солнца самый малый из всех планет солнечной системы, то и изменение радиуса вращения Меркурия при его вращении вместе с Солнцем вокруг центра Галактики тоже самое малое, а это означает, что и силы КУ, возникающие при этом, тоже очень малы. Именно поэтому плоскость орбиты Меркурия вокруг Солнца до сих пор не находится в плоскости эклиптики, но несомненно, что по прошествии определённого количества времени и при отсутствии космических катастроф плоскость орбиты Меркурия вокруг Солнца тоже займёт своё «законное» место в плоскости эклиптики, поскольку трение в космосе полностью отсутствует, а силы Кориолисова ускорения постоянно делают своё дело и устранить их воздействие на космические тела не представляется возможным.

Замечание. Знаменитое кольцо Сатурна – это тоже следствие сил КУ. Когда-то произошла космическая катастрофа с образованием огромного количества обломков разной величины. Сатурн случайно оказался ближе всех планет к месту этой катастрофы, а поэтому огромное число обломков оказалось в зоне действия поля гравитации Сатурна. Часть обломков, у которых орбиты вращения вокруг Сатурна оказались неустойчивыми, либо упали на поверхность Сатурна, либо постепенно покинули окрестности Сатурна. Остальные осколки, у которых орбиты оказались устойчивыми стали вращаться вокруг Сатурна под самыми различными углами относительно плоскости вращения орбиты Сатурна. Однако со временем силы КУ сделали своё дело и вывели плоскости вращения всех орбит этих обломков в одну общую плоскость, плоскость эклиптики, что привело к образованию кольца, которое мы сейчас и наблюдаем.

Список литературы

1. Гришаев А. А. Новый взгляд на природу приливообразующих сил [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://newfiz.narod.ru/priliv2.html.

Материал поступил в редакцию 08.02.2017
© Ермолин В. Б., 2017