Почему Земля круглая?

Рисунок © Н.В.

Массивные тела принимают форму шара

Солнце, звезды, Земля, Луна, все планеты и их большие спутники «круглые» (шарообразные), потому что они обладают очень большой массой. Их собственная сила тяготения (гравитация) стремится придать им форму шара.

Если некая сила придаст Земле форму чемодана, то по окончании ее действия сила тяготения снова начнет собирать ее в шар, «втягивая» выступающие части, пока вся ее поверхность не установится (т. е. не стабилизируется) на равном расстоянии от центра.

Почему чемодан не принимает форму шара

Чтобы какое-то тело стало шарообразным под действием собственной силы тяготения, эта сила должна быть достаточно большой, а тело — достаточно пластичным. Желательно — жидким или газообразным, поскольку газы и жидкости легче всего обретают форму шара при накоплении большой массы и, как следствие, гравитации. Планеты, кстати, внутри жидкие: под тонким слоем твердой коры у них жидкая магма, которая даже иногда изливается на их поверхность — при извержении вулканов.

Все звезды и планеты имеют шарообразную форму от рождения (образования) и на всем протяжении своего существования — они достаточно массивны и пластичны. Для тел поменьше — например, астероидов — это не так. Во-первых, их масса значительно меньше. Во-вторых, они целиком твердые. Если бы, например, астероид Эрос имел массу Земли, он тоже был бы круглым.

На предметы, находящиеся на Земле, гравитация Земли действует гораздо сильнее, чем их собственная (но при этом гораздо слабее, чем на саму Землю). Твердые тела (тот же чемодан) сохраняют свою форму, жидкие — не собираются в шар, а равномерно растекаются по поверхности Земли. А вот в невесомости жидкости принимают форму шара — правда, здесь большую роль играют силы поверхностного натяжения.

Земля не совсем шар

Во-первых, Земля вращается вокруг своей оси, и с довольно большой скоростью. Любая точка на земном экваторе движется со скоростью сверхзвукового самолета (см. ответ на вопрос «Можно ли обогнать солнце?»). Чем дальше от полюсов, тем больше центробежная сила, противостоящая силе земного притяжения. Поэтому Земля сплюснута с полюсов (или, если угодно, растянута у экватора). Сплюснута, впрочем, совсем немного, примерно на одну трехсотую: экваториальный радиус Земли составляет 6378 км, а полярный — 6357 км, всего на 19 километров меньше.

Во-вторых, поверхность земли неровная, на ней есть горы и впадины. Все-таки земная кора твердая и сохраняет свою форму (точнее, меняет ее очень медленно). Правда, высота даже самых высоких гор (8-9 км) по сравнению с радиусом Земли невелика — немногим больше одной тысячной.

Подробнее о форме и размерах Земли см. здесь (вы узнаете, что такое геоид, эллипсоид вращения и эллипсоид Красовского).

В-третьих, на землю действует силы тяготения от других небесных тел — например, Солнца и Луны. Правда, их влияние очень невелико. И все-таки сила тяготения Луны способна немного (на несколько метров) искривлять форму жидкой оболочки Земли — Мирового океана, — создавая приливы и отливы.

Благодарим за помощь Александра Козловского и Александра Кременчуцкого, сайт Астрогалактика


12
Показать комментарии (12)
Свернуть комментарии (12)

  • spkuz  | 10.02.2006 | 14:32 Ответить
    В свое время на городской олимпиаде школьников в Саратове была такая
    задача:
    Известно, что максимальная высота гор на Земле около 10 км. Оцените размер астероидов, начиная с которого они имеют приблизительно шарообразную форму. Считайте, что астероид сложен из тех же пород, что и Земля.

    Ответ, если выполнить оценику, получается как
    корень квадратный из произведения радиуса Земли и высоты горы,
    что дает порядка 200 км. Это разумно согласуется с фотографиями
    астероидов и спутников планет с космических аппаратов.

    См. задачу No 11 на
    http://www.sgtnd.narod.ru/wts/rus/olimprobl.htm
    Ответить
  • Injener  | 12.03.2006 | 15:15 Ответить
    Ну не только массивные тела принимают форму шара, как то например мыльный пузырь. Я где-то слышал, что тут играет роль стремление к минимуму энергии. У шара минимальная площадь поверхности относительно других тел с таким же объемом. Отсюда и минимум поверхностной энергии.
    (Я не знаю, что такое поверхностная энергия. Если кто-то что-то об этом знаем, прошу ответить более компетентно. Очень интересно.)
    Ответить
    • Ритка > Injener | 01.04.2006 | 18:57 Ответить
      А для чего создан этот сайт?;) Вот и любопытствуй!
      Ответить
    • riv1329 > Injener | 26.05.2006 | 17:40 Ответить
      Если вы попытаетесь расплющить каплю воды, то она на несмачиваемой (например жирной) поверхности не останется тонкой пленкой, а соберется обратно в каплю. То же самое будет с шариком воды в невесомости. Это вызвано тем, что молекулы воды притягиваются друг к другу, это в свою очередь ведет к тому, что они собираются в кучу. Наиболее плотная куча - это шар. Заодно шар обладает минимально-возможной поверхностью, т. е. при любой деформации шарообразного тела, если его объем не изменяется, площадь поверхности непременно увеличится.

      Так вот, когда вы деформируете жидкое тело, вам приходится затрачивать энергию, если площадь поверхности во время деформации увеличивается. Будем считать, что на вязкость жидкости энергия не расходуется, в этом случае энергия, которую вам придется потратить, пропорционально увеличению поверхности. Так вот, эту энергию, которую вы затратили, называют поверхностной. Это энергия, которая требуется, что вытащить нужное число молекул для увеличения площади поверхности из глубины жидкости на поверхность. Молекулы сопротивляются таким попыткам, притягиваясь к соседним молекулам, они стараются окружить себя ими, т.е. погрузиться внутрь жидкости. Такую поверхностную энергию правильнее назвать энергией поверхностного натяжения. Все жидкие тела стремятся к минимуму энергии поверхностного натяжения.

      Энергия поверхностного натяжения возникает из-за того, что при деформации тела сила поверхностного натяжения совершает работу. Но мыльный пузырь это сложнее. Он конечно тоже стремиться к минимуму энергии поверхностного натяжения, причем на это работают уже две поверхности: внутренняя и внешняя. Но он достигает только локального минимума. У лопнувшего мыльного пузыря энергия поверхностного натяжения еще меньше.
      Ответить
      • mihan41 > riv1329 | 04.10.2007 | 22:23 Ответить
        Шарообразной является сама основа вещественного мира -частица материи "эврэ". Эта частица имеет радиус равный половине классического радиуса электрона.Эта частица всегда движется по кругу с меньшей или большей кривизной. Круговое движение ее является не инерциальной, так как степень проварачиваниязависит от искривления ее траектории.
        Ответить
      • mihan41 > riv1329 | 10.10.2007 | 20:17 Ответить
        Уважаемый riv. Ваше объяснение шарообразности Земли на примере поведения "капли воды в невесомости" не совсем является теоретическим и оно оспоримо. Действительно, эмпирические наблюдения показывают нам о присутствии поверхностного натяжения у жидкости и через нее определяют иногда такой параметр как вязкость жидкости. Зависит ли знергия поверхностного натяжения от плотности? Если кто знает, то, пожалуйста, отвечайте.
        Интересно, с чем можно сравнивать толщину пленки мыльного пузыря? Как она соразмерна размером молекулы воды? Зависит ли эта толщина от количества мыла7
        Ответить
        • riv1329 > mihan41 | 15.10.2007 | 12:59 Ответить
          Попытка обьяснить круглую форму земли поверхностным натяжением - это конечно ошибка. Но я писал коментари к ответу Injener:
          "Я не знаю, что такое поверхностная энергия. Если кто-то что-то об этом знаем, прошу ответить более компетентно. Очень интересно."
          Ответить
  • ДимаН  | 19.07.2007 | 14:02 Ответить
    Раньше люди думали, что Земля плоская, как чемодан, а потом узнали, что она круглая, как блин. :)
    Ответить
  • ДимаН  | 19.07.2007 | 14:05 Ответить
    Сначала люди думали, что Земля плоская, потом, что шарообразная. А сейчас вам любой знаток 3д графики скажет, что на самом деле не шар, а многогранник, составленный из миллионов маленьких треугольников. :)
    Ответить
  • dovlato  | 18.12.2008 | 23:13 Ответить
    Округлые девичьи формы, совершенно очевидно, имеют кварковую природу; точнее, они обусловлены кварком "прелесть".
    Ответить
  • viktorshirshov  | 18.12.2010 | 22:14 Ответить
    Обыкновенно, прахвесара излишне мудрят. Земля круглая потому, что определённом удалении от Солнца притяжение планеты больше, чем оное со стороны последнего. В этом случае, если планета находится в жидком (расплавленном) состоянии преобладают силы межмолекулярного натяжения.
    Ответить
  • mursilka  | 11.01.2011 | 09:21 Ответить
    Потому, что круглой Земле более удобно вращаться.Представьте, если бы колеса у автомашины были квадратными!
    Ответить
Написать комментарий

Другие вопросы


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»