Отвес и маятник — без сомнения простейшие (по крайней мере в идее) из всех приборов, какими пользуется наука. Тем удивительнее, что столь примитивными орудиями добыты поистине сказочные результаты: человеку удалось, благодаря им, проникнуть мысленно в недра Земли, узнать, что делается в десятках километров под нашими ногами. Мы вполне оценим этот подвиг науки, если вспомним, что глубочайшая буровая скважина мира не длиннее 3 1/4 км далеко не достигает тех глубин, о которых дают нам показания находящиеся на поверхности земли отвес и маятник. Механический принцип, лежащий в основе такого применения отвеса, нетрудно понять. Если бы земной шар был совершенно однороден, направление отвеса в любом пункте можно было бы определить расчётом. Неравномерное распределение масс близ поверхности или в глубине Земли изменяет это теоретическое направление. Близость горы, например, заставляет отвес несколько отклоняться в её сторону, — тем значительнее, чем ближе находится гора и чем больше её масса. Возле обсерватории в Симеизе отвес испытывает заметное отклоняющее действие соседней стены Крымских гор; угол отклонения достигает полминуты. Ещё сильнее отклоняют к себе отвес Кавказские горы: в Орджоникидзе на 37", в Батуми на 39". Наоборот, пустота в толще Земли оказывает на отвес как бы отталкивающее действие: он оттягивается в противоположную сторону окружающими массами. (При этом величина кажущегося отталкивания равна тому притяжению, которое должна была бы производить на отвес масса вещества, если бы полость была заполнена им.) Отвес отталкивается не только полостями, но — соответственно слабее — также и скоплениями веществ, менее плотных, чем основная толща Земли. Вот почему в Москве, вдали от всяких гор, отвес, всё же отклоняется к северу на 10". Как мы видим, отвес может служить инструментом, помогающим судить о строении земных недр. Рис. 16 Пустоты (А) и уплотнения (В) в толще земного шара отклоняют отвес Ещё больше в этом отношении может дать маятник. Этот прибор обладает следующим свойством: если размах его качаний не превышает нескольких градусов, то продолжительность одного качания почти не зависит от величины размаха: и большие и малые качания длятся одинаково. Продолжительность качания зависит от других обстоятельств: от длины маятника и от ускорения силы тяжести в этом месте земного шара. Формула, связывающая продолжительность Т одного полного (туда и назад) качания с длиною / маятника и с ускорением g силы тяжести, при малых колебаниях такова: При этом, если длина / маятника берется в метрах, то ускорение g силы тяжести следует брать в метрах в секунду за секунду. Если для исследования строения толщи Земли пользоваться «секундным» маятником, т. е. делающим одно (в одну сторону) колебание в секунду, то должно быть: Ясно, что всякое изменение силы тяжести должно отразиться на длине такого маятника: его придётся либо удлинить, либо укоротить, чтобы он в точности отбивал "секунды. Таким путём удаётся улавливать изменения силы тяжести в 0,0001 её величины. Рис. 17. Схема профиля земной поверхности и направления отвесов. Не буду описывать техники выполнения подобных исследований с отвесом и маятником (она гораздо сложнее, чем можно думать). Укажу лишь на некоторые, наиболее интересные результаты. Казалось бы, близ берегов океана отвес должен отклоняться всегда в сторону материка, как отклоняется он по направлению к горным массивам. Опыт не оправдывает этого ожидания. Маятник же свидетельствует, что на океане и на его островах напряжение силы тяжести больше, чем близ берегов, а возле берегов — больше, чем вдали от них, на материке. О чём это говорит? О том, очевидно, что толща Земли под материками составлена из более лёгких веществ, чем под дном океанов. Из таких физических фактов геологи черпают ценные указания для суждения о породах, слагающих кору нашей планеты. Незаменимые услуги оказал подобный способ исследования при выявлении причин так называемой «Курской магнитной аномалии». Приведу несколько строк отчёта одного из её исследователей *). Рис. 18. Вверху направо - вариометр. Вверху налево - схема устройства прибора. «... Можно с полной определённостью утверждать о наличии под зеленою поверхностью значительных притягивающих масс, причём граница этих масс с западной стороны ... устанавливается с совершенной отчётливостью. Вместе с тем представляется вероятным, что эти массы простираются преимущественно в восточном направлении, имея восточный скат более пологим, чем западный». Известно, какое важное промышленное значение придаётся тем огромным запасам железной руды, которые обнаружены в районе Курской аномалии и которые исчисляются десятками миллиардов тонн, составляя половину мирового запаса. Приведу также некоторые результаты исследования аномалий (отклонений от нормы) силы тяжести на восточных склонах Урала (выполнено в 1930 г ленинградскими астрономами): «Около Златоуста мы имеем наибольший максимум в силе тяжести, соответствующий подъёму кристаллического массива Уральского хребта. «Второй максимум к востоку от Козыреве характеризует приближение к поверхности земли погружённого хребта. «Третий максимум к востоку от Мишкино вновь даёт указание о приближении древних пород к земной поверхности. Рис. 19. Причина Курской аномалии: шток железной руды мощностью около тысячи метров на глубине ста метров. «И, наконец, четвёртый максимум к западу от Петропавловска вновь указывает на приближение тяжёлых пород». Перед нами два из многочисленных примеров практического применения физики в других, казалось бы, далёких от неё областях. --- *) Исследования в районе Курской аномалии производились не с отвесом, а с особыми крутильными весами (так называемым «вариометром»). Нить прибора закручивается под действием притяжения подземных масс. Точность показаний этого удивительного прибора равна одной триллионной (10(в 12степени) доле грамма! Притяжение больших гор вариометр «чувствует» на расстоянии 300 км. Вот краткое описание прибора (из статьи проф. П. М. Никифорова о Курской аномалии): Рис. 18. Вверху направо — вариометр. Вверху налево — схема устройства прибора. «Главную часть прибора составляют крутильные весы, изображённые схематически на рис. 18. Коромысло М1Е из тонкой алюминиевой трубки имеет длину около 40 см: к одному концу коромысла прикреплён золотой груз М1 цилиндрической формы весом в 30 г, к другому подвешивается на проволоке ЕМ2 золотой подвесок М2 также весом в 30 г. Коромысло подвешено на весьма тонкой платиново-иридиевой нити АО длиной 60—70 см. Для защиты от конвекционных токов воздуха крутильные весы окружаются оболочкой с тройными металлическими стенками. В приборе имеются две пары крутильных весов, повёрнутых на 180° относительно друг друга. S — плоское зеркало».
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Свидетельства отвеса и маятника» з дисципліни «Сила тяжіння»
