- •Вопрос 1. Со и ск. Основные хар-ки мех-го движения. Прямолинейные и криволинейныое движение мт. Скорость и ускорение.
- •Вопрос 2. Движение мт по окружности. Нормальное и тангенциальное ускорение. Связь угловых и линейных хар-к движения.
- •Вопрос 3. Векторные величины. Сложение, вычитание и умножение векторов. Сила и масса. Законы Ньютона.
- •Вопрос 4. Силы при криволинейном движении.
- •Вопрос 5. Закон всемирного тяготения. Зависимость веса тела от высоты над уровнем моря и геог-кой широты. Гравитационное поле.
- •Вопрос 6. Нормальное гравитационное поле и его аномалии.
- •Вопрос 7. Гравитационные явления и процессы.
- •Вопрос 8. Орбитальное движение Земли и ее осевое вращение. Неравномерности вращения Земли и их физическая природа.
- •Вопрос 9. Приливообразующие силы и их геофизическая роль.
- •Вопрос 10. Закон сохранения и изменения количества движения.
- •Вопрос 11. Работа силы и мощность. Кинетическая и потенциальная энергия.
- •2) Потенциальная энергия тела массы m, находящегося в гравитационном поле другого тела массой м на расстоянии r0 от него.
- •3) Определим потенциальную энергию тела массой m, находящегося на небольшой высоте h над земной поверхностью.
- •Вопрос 12. Гармоническое колебание и его хар-ки. Маятники.
- •Вопрос 13. Энергия колеблющегося тела. Собственные колебания Земли. Сложение гармонических колебаний.
- •Вопрос 14. Волна и ее хар-ки. Продольные и поперечные волны. Принцип Гюйгенса. Интенсивность волны.
- •Вопрос 15. Звуковая волна. Хар-ки звука. Инфразвук и ультразвук. Принцип локации.
- •Вопрос 16. Элементы механики жидкости. Основные определения. Уравнение неразрывности.
- •Вопрос 17. Уравнение Бернулли и его применение для определения статического и динамического давления.
- •Вопрос 18. Основные положения мкт строения вещества. Межмолекулярные силы. Агрегатное состояние вещества.
- •Вопрос 19. Макроскопические системы. Термодинамическое равновесие. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы.
- •Вопрос 20. Газовые законы (Бойля-Мариотта, Гей-Люсака, Авогадро). Уравнение состояния идеального газа.
- •Вопрос 21. Барометрическая формула и распределение Больцмана.
- •Вопрос 22. Явления переноса в газах и жидкостях.Диффузия в газах.
- •Вопрос 23. Явление переноса. Телопроводность.
- •Вопрос 24. Явления переноса в газах и жидкостях. Внутреннее трение (вязкость).
- •Вопрос 44. Мпз. Магнитные полюса Земли. Элементы земного магнетизма. Магнитные карты изогон, изоклин и изодин.
- •Вопрос 45. Межпланетное мп. Солнечный ветер. Магнитосфера Земли. Радиационные пояса Земли.
- •Вопрос 46. Природа геомагнитного поля. Источники энергии геомагнитного поля. Мп в морской и океанической воде.
- •Вопрос 47. Главное магнитное поле Земли и его аномалии.
- •Вопрос 48. Главное и переменное мп Земли. Вариации мп и их природа. Магнитные бури.
- •Вопрос 35. Геоэлектрическое поле Земли. Электрическая проводимость гидросферы, земной коры и её недр.
- •Вопрос 36. Электрическая проводимость атмосферы, ионосферы. Ионосферные слои. Влияние ионосферы на распространение радиоволн.
- •Вопрос 37. Электротеллурическое поле. Региональные и локальные эп земной коры. Вариации меридиональной и широтной напряженноти. Напряженность электротеллурического поля.
Вопрос 9. Приливообразующие силы и их геофизическая роль.
Приливообразующие силы по своей природе подобны силам земного притяжения, но противоположны им по знаку, т.е. направлены от центра Земли. Они возникают в системах Земля – Луна, Земля – Солнце и во всех связях Земли с другими планетами Солнечной системы. Эти силы несравненно меньше силы тяжести, однако их геофизическая роль велика: они вызывают явления приливов в атмосфере, гидросфере и твердом теле Земли и как результат – изменения величины силы тяжести (ускорения g).
Чтобы понять механизм образования приливообразующих сил и их геофизическую роль, рассмотрим систему Земля-Луна. Эта система представляет собой единое целое, составляющие которого жестко связаны между собой. Вся система вращается вокруг единой неподвижной оси, проходящей на расстоянии 0,73R от центра Земли.
В системе Земля – Луна постоянно действуют две силы: сила взаимного притяжения Земли и Луны FЗ,л и сила осевого вращения (центробежная сила) IЗ,л. Для системы в целом эти силы равны между собой и противоположно направлены. Однако от каждой отдельно взятой i-той точки на земной поверхности расстояние до Луны неодинаково. Поэтому в отличие от FЗ,л сила взаимодействия i-той точки Земли и Луны Fi,л будет переменной величиной. В результате на каждую i-тую точку земной поверхности одновременно действуют две силы. Геометрическую сумму этих сил обозначим через Ri,л: Ri,л = Fi,л + IЗ,л i.
Её направление в плоскости экватора Земли показано на рис., из которого видно, что в области зенита (точка З) сила Ri,л направлена на Луну, так как Fi,л IЗ,л ; здесь Ri,л достигает наибольших значений.
Рис 25. Образование приливообразующей силы в системе Земля - Луна. (Сила Ri,л обозначена толстой линией, сила IЗ,л i - пунктирной, а сила Fi,л – обычной линией).
В надире (точка Н) эта сила имеет наименьшее значение (Fi,л IЗ,л ) и также направлена по радиусу. В обеих точках (З и Н) она уменьшает силу тяжести. В точках А и В сила Ri,л направлена к центру Земли и увеличивает силу тяжести, в промежуточных точках С, D, E, N – по касательной к земной поверхности.
Если обозначить радиус Земли R=1, а расстояние от Луны до центра Земли через r, то можно рассчитать величину ускорения приливообразующей силы. Для центра Земли (точка Ц) qц = fm/r2.
Для областей зенита и надира, соответственно: qз = fm/(r-1)2 и qн = fm/(r+1)2. Откуда qз-qц=fm[1/(r-1)2–1/r2]=fm[(2r–1)/r2(r–1)2], так как r и 2r1, то q = qз - qц = 2fm/r3 - величина ускорения приливообразующей силы.
Аналогично точка Ц притягивается сильнее точки Н, образуя второй горб-прилив. Если разложить силу Ri,л на вертикальную и горизонтальную составляющие (Ri,л =Rвi,л +Rгi,л ), то станет ясна их геофизическая роль: сила Rвi,л будет изменять силу тяжести, сила Rгi,л - вызывать перемещение составных частиц геосфер в горизонтальной плоскости. Так как наиболее заметным для человека проявлением такого перемещения являются морские приливы, то сила Rгi,л получила название приливообразующей силы.
Приливообразующие силы периодические. Под их воздействием воды Мирового океана на одной половине Земли сгоняются по направлению к точке З, на другой половине – к точке Н. Отсюда следует, что под влиянием притяжения Луны водная оболочка Земли принимает форму эллипсоида, и в точках З и Н образуются приливные выступы (прилив). В этот момент в точках А и В уровень воды Мирового океана понижается (отлив). Высота прилива в океане 1-2 м, в твердой коре – 0,5 м, а высота приливов на Луне больше, чем на Земле, т.к. Мз81Мл.
Вследствие суточного вращения Земли приливные выступы (приливные волны) перемещаются по поверхности океанов и в каждый следующий момент возникают в новых местах. За период лунных суток 24 ч 52 мин приливные волны обходят вокруг всей Земли и в каждом её месте вызывают два прилива и два отлива. Земная кора под действием приливных сил Луны постоянно пульсирует. Так территория г. Москвы в течение 6 часов поднимается на 40 см, а затем за такое же время опускается.
Приливное трение, возникающее при движении жидкой и в меньшей степени твердой волн, приводит к торможению осевого вращения Земли и её спутника – Луны. По этой причине Луна уже давно прекратила своё вращение вокруг оси и постоянно обращена к нашей планете одной стороной. Уменьшение угловой скорости вращения Земли составляет 2 с за 100 тысяч лет.
В системе Земля – Солнце также действует приливообразующая сила (ПС). Её ускорение примерно в 2,2 раза меньше ускорения ПС Луны. Это означает, что солнечные приливы в 2,2 раза меньше лунных. Но эти приливы отдельно не наблюдаются, они только изменяют величину лунных приливов. Суммарно эти изменения зависят от взаимного расположения центров масс Солнца, Земли и Луны. Во время новолуний и полнолуний лунный и солнечный приливы наступают одновременно и поэтому ПС систем Земля – Луна и Земля – Солнце складываются, наступает самый большой прилив. Во время первой и последней четвертей фаз Луны в момент лунного прилива происходит солнечный отлив и потому наблюдается наименьший прилив. Различие между величинами приливов для двух указанных ситуаций достигает 250 – 300%.
Величина прилива в любой точке морского побережья во многом зависит от очертания берегов. В узких бухтах, куда приливная волна входит беспрепятственно, приливы наибольшие. Например, в зал. Фанди уровень воды при приливе повышается более чем на 18 м, в Пенжинской губе – примерно на 13 м. В бухтах, при входе в которые энергия приливной волны гасится узкой горловиной, приливы наименьшие.
Явления приливов происходят также в атмосфере, причем в атмосфере приливы проявляются в периодических изменениях атмосферного давления, наиболее четко – с периодом в 12 ч. Важная геофизическая роль принадлежит приливообразующей силе системы Земля – Луна в образовании и динамике так называемых сегментов прилива в плоскости экватора твердого тела Земли.
Рис. 26. Асимметрично-трехосный приливный эллипсоид.
Эти сегменты были у Земли не всегда. По-видимому, они возникли в тот период истории системы Земля- Луна, когда период осевого вращения Земли Т и период обращения Луны вокруг Земли Тл совпадали между собой. В эту раннюю историю Земля и Луна находились на очень близком расстоянии l: оно было немного больше двух с половиной радиусов Земли (2,5R). В это время приливообразующая сила Луны должна была составлять около fmл/(7,81R2). Нынешний период характеризуется асинхронным вращением Земли и Луны (Тл Т), а l60,3R. Поэтому приливообразующая сила составляет около fmл/(109629R2). Значит в начальное время существования системы Земля – Луна приливообразующая сила Rг i,л была более чем в 14103 раз больше, чем в современный период. Поэтому притяжение Луны во время существования одинаковых периодов Т = Тл должно было вызвать сильную деформацию Земли в виде приливных горбов (акториальные и тессеральные приливы), или сегментов, прилива – большего в зените и меньшего в надире. В поясе же, центральная линия которого удалена на 900 от зенита и надира и проходит через точки А и В, произошло опускание, или отлив.
Несимметричность тессерального прилива относительно экватора и различная амплитуда его в северном и южном полушариях обусловливают прецессию и нутацию земной оси за счет изменения главного момента инерции Земли.
Возникшие т.о. сегменты прилива в твердом теле Земли в дальнейшем не поддерживались прежней приливообразующей силой, и вытянутость Земли в долготном направлении стала постепенно исчезать. Но этот процесс выравнивания большой и малой осей и асимметрии больших полуосей приливного эллипсоида Земли идет очень медленно и неравномерно.
Сегменты прилива, образовавшись под действием притяжения Луны, в дальнейшем стали оказывать влияние на её орбитальное движение вокруг Земли. Во время, когда Земля обращена к Луне большим (ближним) сегментом прилива, движение Луны по орбите ускоряется; при обращении Земли к Луне малым (дальним) сегментом прилива происходит замедление орбитального движения Луны. В результате под влиянием большого сегмента поступательное движение Луны ускоряется и она удаляется от Земли: её орбита разворачивается в спираль.
Исследования, выполненные с помощью ИСЛ и космических кораблей, показали, что величина силы тяжести на Луне непостоянна. По отклонению ИСЛ от идеальных орбит было изучено аномальное гравитационное поле Луны. В итоге на Луне были обнаружены положительные аномалии, связанные с несколькими круговыми морями (Ясности, Дождей, Влажности и др.) и обусловленные наличием близповерхностных концентраций масс (масконов). Одни планетологи такие образования на Луне связывают с внедрением в её тело крупных астероидов, а другие – плотных интрузий. На Земле масконы отсутствуют, а на Марсе они обнаружены.