Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

— На поверхности воды трудно представить холмы или впадины. Если прекратятся усилия, которыми под­держиваются неровности водного рельеф, а (например,, центробежное ускорение), то поверхность будет — быстро — выравниваться токами воды. Однако эти представления оказываются несостоятельными, если перенести их из — лаборатории на морскую’ .поверхность большой протя­женности. Допустим, что морская поверхность по — нижаетюя к центру какого-нибудь района. Наклон по­верхности — вызовет градиент давления, который будет стремиться переместить воду и заполнить понижение..

Если плотность воды однородна, величина градиента давления зависит только от наклона поверхности у и вы­ражается формулой

= =g tg т. (7)

вде а — плотность воды; g — ускорение свободного па­дения. Под действием градиентной силы единичный объем воды будет приобретать секунда за секундой все боль­шую скорость, и если бы не было помех, впадина быстро заполнилась бы водой.

Однако, благодаря суточному вращению Земли, на* (всякое тело, движущееся по земной поверхности, дей­ствует поворотная кориолнсова, или геострофическая*, сила. Эта сила направлена перпендикулярно движе­нию— вправо в северном полушарии и влево в южном. В. нашем полушария она вызывает подмыв правых ‘берегов рек и ускоряет износ правых колес поездов. Ее величина пропорциональна скорости движения от­носительно земной, поверхности и синусу географиче­ской широты местам. .

— Fa = т 2со sin ср = истО, (8)

где © — угловая скорость вращения Земли; ф — геогра­фическая широта места; и — вектор скорости течения; S —планетарный івихрь.

Действие поворотной силы приводит к тому, что ‘траектория частицы воды будет не прямолинейной, а •примет форму петли, показанную на рис. 2 а. В вер­шинах петель частица движется перпендикулярно к на­клону уровня и вызванной наклоном градиентной «силе Fr. Продолжая петлеобразное движение по цик­лоиде, частица воды (если ее движению не мешает трение) будет уходить все дальше в направлении, пер­пендикулярном наклону уровня, не изменяя своего среднего положения ни вверх, ни вниз по наклону. Если мы ©мешаемся в процесс движения и заставим наклон уровня увеличиваться во времени, то среднее положе­ние частиц начнет смещаться вниз, противодействуя увеличению найлона. Если мы начнем уменьшать на­клон, то среднее положение частиц станет сдвигаться

вверх, против наклона, и будет препятствовать его уменьшению. .Конечно, такие вмешательства или опыты можно осуществлять только «а математических моде­лях движения.

Присутствующее во всяком движении поворотное ускорение Земли стремится стабилизировать неровно-

Пунктирные стрелки показывают направление силы Кориолиса; одиночные стрелки — направление постоян­ной движущей силы; тройные стрелки — направление кратковременного толчка.

сти уравенной поверхности океана. Этот эффект нельзя наблюдать в лабораториях, а тем более предвидеть из ‘повседневного опыта, поскольку размеры петель, опи — сьюаемых частицами воды, выражаются /в километрах.

В табл. 1 приведены размеры петель: их ширина L в направлении, перпендикулярном к действующей силе,

глубина D в направлении действующей силы, макси­мальная скорость в направлении. силы Ux и поперек нее Uv, а кроме того, время движения вдоль одной пет­ли Т для разной географической широты ср и при по­стоянной действующей на воду силе, равной 10~3 дин. Это такая шла, которая соответствует градиенту дав­ления при возвышении уровня моря в 2 мм на расстоя­нии 1 мили (18.52 м).

При, использовании таблицы надо иметь в виду, что скорость движения, и размеры петель зависят от вели­чины силы линейно, поэтому при изменении силы в ^произвольное число от раз нужно величины L, D, Ux, Uу умножить на т. В то же время величина Т при из­менении силы меняться не будет.’

На рис. 2 в дополнение, к петлеобразным движениям чводы, которые возникают при действии на частицы, постоянной силы, приведены траектории инерционного. движения, — которое длится после прекращения действия движущей силы. При отсутствии трения (рис. 2 в) это..движение идет по кругу инерции. Радиус круга инерции ..зависит от скорости течения и географической широты места. При скорости 100 см/с на широте 40° радиус «будет равен 10 км. Оплошные стрелки на рисунке обо­значают движущую силу течения, а пунктирные стрел­ки —поворотную.

Может показаться странным,’ что мы говорили о движении морских’ вод, не принимая во внимание

силу трения. В повседневном опыте эта сила всегда сопровождает движение воды, но в океане во многих случаях можно ею пренебрегать. Дело в том, что сила трения возникает за счет разности скоростей соседних слоев жидкости. Такая разность обычно проявляется, благодаря тому, что на границах потока жидкость как. бы прилипает ко дну и стенкам. Прилипание существует и в океане, однако там расстояния до границ потока. могут быть очень значительны, а разность скоростей мала. Возможность не учитывать силу трения в пото­ках, не вызванных ветром, и удаленных от дна, под­тверждают проверки, сделан­ные и прямым измерением ско­ростей, и расчетами. Если же силу трения ввести в вычисле­ния траекторий частиц, что необходимо, например, на мелководье, то получим дви­жения, показанные на рис. 2 б и 2 г.

Чтобы понять происхожде­ние .поворотной силы, проде­лаем мысленный опыт. На рис. 3 показана проекция зем­ных меридианов и параллелей на плоскость, касательную к земной поверхности в точке Северного полюса. Если пустить из точки полюса вдоль меридиана какое-то тело, не связанное трением с земной поверхностью, то под действием, начального толчка это — тело станет скользить по поверхности, сохраняя направ­ление своего движения в перпендикулярной чертежу — плоскости начального меридиана.

’ В то. же время поверхность Земли, не связанная тре­нием с движущимся телом, будет равномерно вращать­ся под ним со скоростью.360° за 24 ч, или 1440 мин, и; поэтому через каждые 4 мин (1440 мин: 360°) под те­лом іпройдет, новый меридиан, допустим 1° з. д., 2° з. д.. и т. д. .

Таким’ образом, движение тела будет отклоняться от земных ориентиров вправо. Двигаясь по инерции, тело.(до­пустим, ракета) через равные интервалы времени^попа­дает в точки земной поверхности, показанные на рисунке;

цифрами 1, 2, 3, 4, 5. Расстояния между параллелями, на гкоторых лежат точки, — неодинаковы ввиду того, что дви­жение по инерции прямолинейно, а земная поверхность лскривлена.

Очевидно, что как бы мы ни увеличили, массу ра­же™, три неизменной, скорости движения к югу ракета лройдет над одними и теми же пунктами земной по­верхности. Действие силы Кориолиса останется неиэ — менным, а значит, величина силы ‘возрастет, во столько. же раз, ©о сколько возросла масса тела. Таким обра — .зом, так же как и сила тяжести, сила Кориолиса отно­сится к массовым силам. Однако если для силы тяже­сти мы можем назвать взаимодействующие тела, при­чем с массами, ‘пропорциональными величине взаимо­действия, то сила КориоЛиса, как видно из нашего примера, возникает без взаимодействия с каким-либо телом, иными словами «неизвестно откуда». За это не-‘ «подчинение третьему закону Ньютона силу. Кориолиса относят к числу сил фиктивных. —

(Внимательный читатель, возможно, вспомнил круг :инерции, показанный «а рис. 2 в, и удивился, что ракета не возвратилась в точку запуска по этому кругу. При­лгана здесь та, что. круг инерции справедлив для случая, когда величина поворотного ускорения останется в про­цессе движения постоянной. Это должно быть, если сеографическая широта не изменилась. Такой случай, конечно, до некоторой степени условен, «о при. радиусе ■круга 10 км изменения широты так незначительны, что «почти не влияют на траекторию. Движения, близкие — к кругам инерции, но менее правильные, удавалось на­блюдать в океане. .

Наконец, может возникнуть и такой вопрос: почему шланетарный вихрь уменьшается к — экватору, если угло­вая- скорость вращения планеты одинакова для всех ее •точек? Причина в том, что течение отклоняет не вся угловая скорость, а лишь ее проекция на перпендику­ляр к, площадке, касательной к земной поверхности тз данной точке. Величина проекции равна ©sirup. Именно с такой угловой скоростью площадка поворачи­вается вокруг своего центра в процессе суточного вра­щения Земли (вспомните опыты с маятником Фуко). Значит, эффективность влияния силы Кориолиса на движение воздуха и воды меняется на Земле в очень

широких пределах. Поскольку на экваторе эта сила равна нулю, частица, направленная от экватора к по­люсу, может пройти значительное расстояние, прежде чем она будет повернута на восток. Примером тому служит антипассат в атмосфере (ом. рис. 13). .

. .Поворотное ускорение имеет очень большое значе­ние в. развитии геофизических явлений; оно было впер­тые открыто при решении географических задач. За 17 лет до рождения Гюстава Кориолиса это ускорение вводилось в уравнения приливной волны Лапласом.

Комментарии запрещены.