Космос у тебя дома

Плоскость качания была выбрана по компасу, она проходила с севера на юг. Наблюдатели во время опыта располагались на «юге». Спустя десять минут стало заметно, что колебания маятника направлены уже не вдоль линейки, как это было вначале, а пересекают линейку в ее средней части. На первую линейку была положена вторая, и так, чтобы маятник теперь качался точно над ней. Между линейками в точке их пересечения образовался угол. Создалось впечатление, что вся плоскость колебания маятника повернулась на этот угол по часовой стрелке — с востока на запад. На самом же деле за эти десять минут Земля вместе с комнатой и наблюдателями повернулась с запада на восток.

Как Луна вращает Землю

Что Луна вращает Землю, может показаться невероятным. Возникает справедливое сомнение: как Луна, масса которой в 81 раз меньше массы Земли и которая сама вращается вокруг Земли, вдруг вращает Землю?

Земля совершает много разных вращений: она вращается вокруг Солнца, вращается вокруг своей оси, ось Земли совершает прецессионное вращение. Но есть у Земли и еще одно вращение, вызванное Луной. Не было бы Луны, не было бы и этого вращения. Земля и Луна очень сильно связаны друг с другом силами взаимного притяжения. Конечно, притяжение Земли более мощное, и Земля удерживает своим притяжением Луну на ее орбите. Луна же своим притяжением (правда, в этом ей помогает и Солнце) периодически поднимает в земных океанах воду — происходят приливы и отливы.

Ученые подсчитали, и оказалось, что Луна хотя и вращается вокруг Земли, но вращается не вокруг земного центра, а вокруг точки, которая отстоит от центра Земли на расстоянии приблизительно 4700 километров. Эта точка называется центром масс системы Земля — Луна.

Обычно мы пользуемся выражением «центр тяжести». У палки, например, центр тяжести находится на ее середине. Если этим местом вы положите палку на палец, то палка уравновесится, потому что точка ее опоры будет точно под центром тяжести. У шара центр тяжести совпадает с его центром.

Но если применительно к земным предметам мы используем выражение «центр тяжести», зная, что сила тяжести — это сила притяжения тел к Земле, то по отношению к системе Земля — Луна применяют выражение не «центр тяжести», а «центр масс».

Сделайте небольшой прибор. Возьмите длинный пустой стержень от шариковой ручки — он имеет длину 12,7 сантиметра — и укрепите на его концах два шарика. Шарики можно подобрать деревянные от старых ненужных игрушек. Один шарик диаметром примерно три сантиметра, второй — один сантиметр. У большого шарика масса (под массой мы условились подразумевать меру инертности) в несколько раз больше, чем у маленького. Положите стержень с шариками на острие ножа и двигайте нож до тех пор, пока «коромысло» с шариками не уравновесится. Отметьте чернилами на стержне эту точку. Это будет центр тяжести нашей системы, состоящей из двух шариков. Массой стержня мы пренебрежем, она совсем незначительна. К точке, где расположен центр тяжести нашей системы, а она будет находиться ближе к большому шарику, привяжите две нитки длиной 70 сантиметров. Другой конец ниток привяжите к какой-нибудь перекладине, например к дверному косяку. Нужно, чтобы наш прибор висел свободно, ничего не задевая. Передвигая нитки вдоль стержня, добейтесь полного равновесия коромысла с шариками. Теперь, вращая коромысло вокруг ниток, закрутите их как можно больше. Кончив закручивание, проверьте, придерживая нитки рукой, не сбилось ли место их крепления с точки центра тяжести. Поправьте коромысло и, когда оно будет висеть горизонтально, успокойте его, чтобы оно не качалось. Коромысло начнет вращаться вокруг раскручивающихся ниток. Обратите внимание, что нитки, являющиеся осью нашего прибора, висят строго вертикально, никакие силы не заставляют их сойти с вертикального положения. Когда прибор перестанет раскручиваться, он будет висеть неподвижно в горизонтальном положении.

Этот же опыт можно проделать иначе. Сдвиньте на один сантиметр нитки вдоль стержня по направлению к маленькому шарику. Хорошо закрутите их и успокойте прибор, чтобы он не раскачивался. Осторожно отнимите руки. Начнется вращение. Обратите внимание на то, как ведут себя раскручивающиеся нитки. Они не висят вертикально, как раньше, а описывают конус. Теперь осью вращения нашего прибора стала ось этого конуса. Но ось по-прежнему проходит через центр тяжести двух шариков.

Проделайте этот опыт несколько раз, каждый раз сдвигая точку подвески все ближе и ближе к маленькому шарику. При быстром вращении прибора стержень, висящий теперь совсем наклонно, описывает два конуса. Их вершины соединяются в одной неподвижной точке — центре тяжести этой маленькой системы. Особенно интересно наблюдать вращение прибора, когда он подвешен за самую середину стержня или совсем близко от маленького шарика.