Планета Земля → Какую силу нужно приложить, чтобы Земля прекратила вращаться?

2 Окт
2012

«Если использовать, например, двигатели космических кораблей, как много времени это займет? И каковы будут последствия для планеты, в частности для погоды и приливов?»

1. Это прекрасный вопрос для тех, кто любит считать. Все, что нам нужно, это несколько основных понятий из области физики. Некоторые числа я округлил.
Масса Земли (М) равна 6 х 1022 кг, а ее радиус ( R ) — 6,6 х 106 м. Допустим, что Земля является твердой однородной сферой. Тогда момент инерции (J) равен 0,4 х М х R2. Получается 1 х 1038 (кг х м2).

Планета совершает один оборот за 24 часа (86 400 секунд), поэтому ее угловая скорость (ω) равна 1,4 х 10-3 градусов в секунду, или, более точно, 7 х 10-5 радиан в секунду.
Кинетический момент земли (h) находим, перемножив момент инерции и угловой скорости (J х ω), что дает нам 7 х 1033 Нм в секунду. Это момент, которому двигателю космического корабля придется противостоять.
Сила (F) двигателя космического корабля для взлета приблизительно равна 4 х 107 ньютонов, и если действовать по касательной к поверхности Земли, то вращающий момент (Т) — сила вращения — около центра Земли равен F х R, что дает нам 3 х 1014 Нм.
Этот вращающий момент, действующий во времени (t), будет менять кинетический момент — Т х t. Время, необходимое для уменьшения его до нуля, равно h/T, или 3 х 1019 секунд, или 840 миллиардов лет.
Это примерно в 60 раз больше, чем возраст Вселенной. И к тому времени, как космический корабль сделает свою работу, вопрос о погоде и отливах утратит свою актуальность. Есть еще одно препятствие: если горючее нужно привозить с Земли, планета будет становиться легче и легче. Вся масса Земли израсходуется в качестве топлива гораздо раньше, чем планета перестанет вращаться.

2. Если не принимать во внимание слабую мощность двигателя космического корабля, мы все равно столкнемся с фундаментальной проблемой его использования на уровне Земли для приведения в действие требуемого вращающего момента. Двигатель ракеты работает, выбрасывая массу на высокой скорости в сторону, противоположную направлению движения. Но на уровне Земли отбрасываемый материал будет быстро остановлен атмосферой, которая получит его импульс. Так, начальный эффект от запуска двигателя будет не в замедлении вращения Земли, а в ускорении вращения атмосферы. В конце концов из-за трения атмосфера постепенно замедлится, а движение Земли ускорится. В итоге общий результат будет равен нулю.
Во избежание этого двигатель ракеты должен быть установлен достаточно высоко, чтобы его выбросы не попадали в атмосферу. Конечный результат будет заключаться в том, чтобы слегка переместить кинетический момент Земли к выхлопу ракеты.
К счастью, остановить вращение Земли — нелегкая задача, потому что без него Земля была бы гораздо менее приятным местом. Не было бы дня и ночи в нашем понимании: полгода на Земле светило бы солнце, а оставшуюся половину — царил мрак.
Отливы и приливы продолжали бы существовать, поскольку Луна все еще вращалась бы вокруг Земли, но их периодичность сильно бы изменилась: не раз в сутки, а раз в 28 дней. Положительным моментом стало бы то, что на Земле не было бы ураганов, потому что без кориолисовых сил, существующих благодаря вращению Земли, воздух двигался бы от высокого давления к низкому прямо, без всяких кружений.
Если бы каждый день длился год, тогда шесть месяцев темноты и холода убили бы большинство растений и уничтожили высшие проявления жизни. Темная сторона Земли стала бы гораздо холоднее, а светлая — горячее.
Без вращения изменилась бы динамика атмосферы и океанов. На Земле не было бы ураганов или повторяющихся погодных явлений, океанские течения тоже стали бы другими. Когда Земля остановится, притяжение Луны очень медленно будет поворачивать ее в обратную сторону, пока скорость ее вращения не приблизится к орбитальному периоду Луны.
Поскольку состояние атмосферы обусловлено многими биологическими и геохимическими факторами, дальнейшие изменения будут зависеть от того, какой процент суши и океана окажется на солнечной стороне. Вполне возможно, что при определенной продолжительности дня сложные экосистемы и атмосфера не смогли бы существовать вовсе.
Однако беспокоиться не стоит, потому что энергия, необходимая для того, чтобы остановить вращение Земли, слишком огромна, так что ни один человек никогда не сможет осуществить подобную задачу.


 

Комментарии:

наверх