Força da Terra |
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Na verdade, o que seria da Terra se ela se transformasse em um líquido? Sabendo pela experiência cotidiana que os sólidos perdem sua forma quando derretidos, podemos esperar que o mesmo aconteça com a Terra. Mas, na realidade, isso não vai acontecer. Naqueles objetos com os quais estamos lidando na vida prática, a capacidade de manter a forma se deve às forças que agem entre átomos próximos. Mas tal "Pesado" corpos, como a Terra, a força gravitacional também passa a ter um papel essencial, com o qual toda a massa da Terra atrai cada uma de suas partículas. Teria basicamente assegurado a preservação da forma atual da Terra, mesmo que nosso planeta tivesse se tornado um corpo líquido. Conseqüentemente, ao calcular as deformações da Terra e avaliar sua resistência como um todo (e não amostras de rochas individuais), é necessário levar em consideração as propriedades elásticas da matéria terrestre e o efeito da gravidade sobre ela. Os laboratórios estudam as propriedades mecânicas de rochas retiradas da camada externa da Terra com apenas alguns quilômetros de espessura. Essa camada afeta a força da Terra como um todo um pouco mais do que uma fina camada de tinta aplicada em sua superfície afeta a força de uma bola de metal. As informações sobre as camadas mais profundas da Terra nos são fornecidas principalmente pelo estudo da propagação das ondas sísmicas. Não é à toa que o acadêmico B. B. Golitsyn chamou o terremoto de lanterna, que, piscando por um momento, nos permite ver o interior da Terra. Mas, desenvolvendo esta comparação, devemos dizer que a luz de tal lanterna escurece a uma profundidade de 2.900 km da superfície da Terra. Abaixo está o núcleo da Terra, por onde passam apenas as ondas sísmicas longitudinais. Assim, para estimar a resistência da Terra como um todo, deve-se considerar o problema das deformações e tensões de uma bola gravitante, composta por uma casca elástica não homogênea e um núcleo. Como a densidade e as propriedades elásticas da casca mudam com a profundidade podem ser consideradas conhecidas. Com relação ao núcleo, deve-se começar com hipóteses. Portanto, é natural supor que o núcleo, possivelmente com exceção de sua parte central, esteja no estado líquido, uma vez que as ondas sísmicas transversais não passam por ele. (Observe que a hipótese do núcleo líquido da Terra foi considerada antes mesmo do surgimento da sismologia. Mas então foi refutada, porque se acreditava que a concha da Terra tinha apenas alguns quilômetros ou dezenas de quilômetros de espessura, e tal concha com um o núcleo líquido, como W. Thomson mostrou, seria estilhaçado pela maré no núcleo.)
As forças das marés agem constantemente na Terra, estendendo-a ao longo das linhas retas que conectam o centro da Terra com os centros da Lua e do Sol. A superfície da Terra se dobra sob a carga de massas de ar em áreas com alta pressão atmosférica. Todas as partículas da Terra são influenciadas por uma força centrífuga dirigida perpendicularmente ao eixo de rotação da Terra.É claro que a direção dessa força mudará se a posição do eixo de rotação no corpo da Terra mudar. E o fato de que isso realmente está acontecendo foi estabelecido no final do século passado. As magnitudes e direções das forças acima podem ser calculadas. Se tomarmos qualquer modelo da Terra, então podemos teoricamente também encontrar a deformação da Terra quando essas forças são aplicadas a ela, por exemplo, calcular como as distâncias de vários pontos na superfície da Terra a partir de seu centro irão mudar. Tomemos, por exemplo, a força da maré, que, como já foi dito, estende a Terra ao longo de uma linha reta conectando seu centro O com o centro L da luminária perturbadora: a Lua ou o Sol. Sob sua influência, a superfície da Terra, se fosse uma esfera regular de raio R, assumiria a forma de um elipsóide de revolução com o semi-eixo maior a direcionado para L. Suponhamos que tenhamos conseguido calcular qual a diferença a - R é igual a para este modelo. Então podemos encontrar a mudança no comprimento do raio do vetor p de qualquer ponto da superfície da Terra. Essas mudanças são pequenas. Para nenhum dos modelos teoricamente considerados da Terra, as flutuações máximas no comprimento p sob a influência combinada da Lua e do Sol não atingem um metro. É claro que tais mudanças não podem ser medidas diretamente. Por que tivemos que inventar um oceano "sem peso"? Sim, porque a maré no oceano real complica um pouco o fenômeno: leva a mudanças no potencial gravitacional da própria Terra. As deformações elásticas da Terra dão um efeito semelhante. A relação entre a mudança no potencial gravitacional da Terra e o potencial externo, que esta mudança causou, é designada pelo símbolo k. Os parâmetros h e k são chamados de números de amor, em homenagem ao geofísico inglês que primeiro introduziu esses parâmetros para caracterizar as propriedades mecânicas da Terra como um todo. São esses parâmetros que são calculados teoricamente para diferentes modelos da Terra; eles tentam determiná-los a partir da análise de observações de vários fenômenos. Quais são esses fenômenos? Vamos listar os mais importantes deles:
Este é o caso da Terra absolutamente sólida. Mas se levarmos em conta que a Terra se deforma sob a influência de várias forças, o quadro será mais complicado. As forças das marés deformam a Terra de modo que sua compressão muda um pouco o tempo todo. Isso significa que em nosso modelo a massa do anel vai mudar, e isso, por sua vez, vai se manifestar em flutuações periódicas fracas na velocidade angular de rotação da Terra. Quando sua compressão diminui, a velocidade aumenta e a Terra começa a ultrapassar uniformemente Este é um lado da questão. Mas as deformações da Terra afetam sua rotação de outra maneira. Para explicar exatamente como, vamos fazer o seguinte experimento mental. Vamos imaginar que a rotação da Terra parou e a força centrífuga não age mais sobre ela. Além disso, se a Terra fosse um corpo absolutamente sólido, sua forma permaneceria a mesma. Se a Terra fosse um corpo líquido, teria a forma de uma bola regular. O excesso equatorial de massas, e com ele o anel em nosso modelo, então desapareceria por completo. Mas na Terra real, quando sua rotação para, as forças elásticas internas entram em ação. Eles se oporão às forças gravitacionais e, graças a isso, a Terra continuará a ser um esferóide comprimido, embora sua compressão diminua. Isso significa que a massa do anel do nosso modelo também diminuirá. Quantos? Esta é a principal questão, da solução da qual depende a avaliação da dureza da Terra. Notamos que o período de nutação livre é menor quanto maior o excesso equatorial de massas, ou seja, a massa do anel. Para uma Terra absolutamente sólida, esse período seria igual a 305 dias. Na realidade, como mostra a análise de dados sobre o movimento dos pólos da Terra nos últimos 70 anos, é cerca de 430 dias. Isso se explicava pelo fato de que o período de nutação livre depende não de todo o excesso equatorial de massas, mas apenas daquela parte que não desapareceria se cessasse a ação da força centrífuga. Portanto, é fácil calcular que a cessação da rotação reduz a massa do anel do nosso modelo em 30%. (Mais precisamente, este anel é dividido em dois, sendo que um deles, contendo cerca de um terço da massa total, está sempre instalado em um plano perpendicular ao eixo instantâneo de rotação, e não afeta o movimento deste eixo no O corpo da Terra.) O número acima mostra em quais condições, haveria um equilíbrio entre as forças gravitacionais que lutam para transformar a Terra em uma bola e as forças elásticas que se esforçam para manter sua forma inalterada. No decorrer desses trabalhos, algumas conclusões da teoria da rotação da Terra com núcleo líquido foram refinadas. Assim, descobriu-se que a influência do núcleo líquido deveria levar a mudanças nas amplitudes de algumas oscilações do eixo da Terra no espaço (nutação forçada). Também se manifesta no fato de que mais um movimento circular fraco com período próximo a dias é adicionado aos já conhecidos componentes do movimento dos pólos terrestres. Encontrar esses efeitos é um desafio que está no limite das capacidades da astronomia moderna. Mas valeu a pena tentar. Essa tentativa foi feita por astrônomos ucranianos. Acabou sendo um sucesso. Em particular, N.A. Popov conseguiu detectar, em observações de longo prazo de duas estrelas do zênite em Poltava, flutuações fracas de latitude com um período previsto pela teoria de M.S.Modensky. Assim, novos argumentos foram obtidos em favor da hipótese do núcleo líquido da Terra. Agora podemos dizer que a Terra como um todo parece ser mais forte do que uma bola de aço oca com uma concha de cerca de 3 mil km de espessura. No entanto, o seguinte pode ser objetado a tal avaliação. Todas as nossas conclusões foram tiradas do estudo de deformações muito fracas. Podemos usá-los se tivermos que calcular as ações de forças que causam deformações muito mais significativas e até ameaçam a integridade do nosso planeta? Aparentemente, é impossível sem ajustes significativos.Mas existe a ameaça do surgimento de forças tão poderosas que tais cálculos se tornem necessários? Isso não vai acontecer, digamos, porque o regime de rotação de nosso planeta será significativamente perturbado? Razões naturais para isso são difíceis de encontrar. No entanto, com o tempo, as pessoas não serão capazes de mudar a rotação da Terra a seu próprio critério? Esta não é a primeira vez que esta pergunta é feita.
No entanto, o assunto terminou em nada. Descobriu-se que em seus cálculos os engenheiros da Arctic Company cometeram um erro grosseiro: não levaram em consideração o fato de que a Terra não é uma bola, mas tem uma massa adicional no cinturão equatorial. Levando em conta essa massa, um engenheiro francês fez novos cálculos e mostrou que, sob a ação do tiro projetado, os pólos da Terra se moveriam em sua superfície em apenas 3 mícrons. Curioso que esta história, conforme contada no livro "Rotação da Terra" Os geofísicos americanos Munk e MacDonald têm uma continuação moderna. No. Durante as eleições presidenciais de 1956, o candidato ao posto de vice-presidente senador Estes Kefover disse que, como resultado dos testes de bombas de hidrogênio, o eixo da Terra poderia se desviar em 10 °. No entanto, cálculos precisos mostram o contrário. A energia liberada pela explosão de uma bomba de hidrogênio de média potência seria suficiente para dar a um projétil de um milhão de toneladas uma velocidade de 11 quilômetros por segundo. Mas o recuo de um canhão que disparasse tal tiro teria deslocado o pólo da Terra em apenas um mícron. “E 70 anos depois de Júlio Verne,- observe os autores, - membros do governo de Washington ainda se recusam a reconhecer a existência e o significado do excesso equatorial das massas "... Consequentemente, mesmo os meios superpoderosos que as pessoas agora possuem são insuficientes para ter qualquer efeito apreciável na rotação da Terra. Portanto, nosso planeta é firme e durável o suficiente para suportar forças que atuam periodicamente ou por um curto período de tempo: elas apenas o deformam sutilmente. Mas o efeito pode ser diferente se as forças agirem na mesma direção por milhões de anos. Provavelmente, em relação a tais forças, a Terra se comporta não como um elástico ideal, mas como um corpo plástico que muda de forma, ainda que lentamente, mas de forma significativa. Aqui chegamos às questões da evolução da Terra e o papel que os processos internos desempenham nisso. Eles criam tensões no corpo da Terra, às vezes excedendo sua força final. É possível que ao mesmo tempo as deformações das marés da Terra e mesmo leves perturbações na constância de sua rotação às vezes desempenhem o papel de um "gatilho", isto é, aquele último choque que causa rupturas e deslocamentos na crosta e manto terrestre. . O último fenômeno, por sua vez, pode influenciar a rotação da Terra, e geofísicos e astrônomos estão agora procurando ativamente por manifestações dessa influência. E. Fedorov |
"Oh, se este também, corpo muito pesado derreteu, dissolveu, tornou-se orvalho!" O famoso geofísico inglês Harold Jeffries interpretou essas palavras de Hamlet como uma epígrafe para um dos capítulos de seu livro "Terra".
Para testar hipóteses sobre as propriedades do núcleo, é natural recorrer à experiência. Mas de que tipo de experiência podemos falar quando estamos lidando com um corpo do tamanho da Terra? Com efeito, para testar a resistência de qualquer produto, uma amostra deste produto é colocada numa máquina especial, esticada, torcida ou espremida. Nesse caso, tanto as forças aplicadas quanto a deformação da amostra são registradas simultaneamente. Mas não temos a oportunidade, a nosso critério, de aplicar forças suficientes à Terra para mudar sua forma, mesmo que ligeiramente. Temos que nos contentar com o que a própria natureza dá.
Se o eixo de rotação da Terra for perpendicular ao plano do anel, ou seja, coincidir com o eixo de simetria do modelo, a força centrífuga não afetará a rotação do modelo - apenas esticará o anel. Mas assim que o eixo de rotação se desvia do eixo de simetria, a ação da força centrífuga começa a se manifestar como a ação de um par de forças, que, por assim dizer, procura reconciliar os referidos eixos. No entanto, o efeito acaba sendo um tanto inesperado: o eixo de rotação não está alinhado com o eixo de simetria, mas começa a se mover em torno dele, descrevendo uma superfície cônica no corpo da Terra. Esse movimento é chamado de nutação livre e seu período é menor quanto maior for a massa do anel.
Sua história começa com um romance de Júlio Verne "Debaixo para cima"... Fala sobre o projeto da Arctic Industrial Company de girar o eixo da terra em um ângulo de 23 °, utilizando para isso o empurrão que o canhão pode dar à terra devido ao recuo ao disparar. De acordo com os cálculos dos engenheiros da citada empresa, para isso é necessário disparar do canhão um projétil de 180 mil toneladas. Este projeto despertou primeiro interesse, depois ansiedade e, por fim, pânico, uma vez que a sua implementação acarretaria muitas consequências desastrosas.
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