58
Итак, в кратковременных процесах (соударения, взрывы) только ударные внешние силы изменяют имплус тела или системы тел, действием же сил фиксированной величины можно пренебречь.
— Понятно? — спрашивает учитель. — Ну, тогда рассмотрим такой пример. Пусть мешок сокальзывает по наклонному желобу и падает на пол (рис. 4). Что с ним будет? Остановится ли он сразу или сначала немного просkolзнет по инерции?
— Ну, здесь все ясно, — говорит ученик, — в горизонтальном направлении на него действует сила треня, время удара мало, и, так же, как в примере со стаканом, горизонтальный имплус мешка при ударне изменится. Вертикальный же имплус обратится в поль за счет ударной силы реакции. Вывод: после удара мешок сначала обязаτεльно будет движаться, и только потом он остановится.
Нет, такое рассужждение неверно, и это чувствует каждый, кто видел, как мешок падает на пол. Дело в том, что сила треня скольжения , равная , является ударной в той же мере, что и сама сила реакции . В примере со стаканом сила реакции имела фиксированное значение, равное , и поэтому действие силы треня было ничтожно малым. В случае паждения мешка с наклонной плоскости силы и — ударные, и изменением горизонтального имплуса за время удара нельзя пренебречь. Остановится ли при этом мешок, зависит от величины коэффициента треня — при достаточно большом его значении скорость мешка за время удара может полностью исчезнуть (пробуйте сами посчитать, какой коэффициент треня нужно для этого).
Аналогичные рассужждения позволяют понять, например, почему гипнаст при прыжке со снаряда может приземлиться на ноги и застить на месте (высший спортивный класс!). Подумайте, как объяснить, что при прыгом ударое о шераховатый полеlope может отскочить не под таким углом, под каким padало, каков механизм «крученого» удара. Но главное — постановясь сами подметить и придумать новые примеры и задачи на ударные и неударные силы.
А. И. Черночан
Полярные силы
Так называют разноцветные, кажущие признания «огни», которые можно наблюдаать на крайном севере — в районах, прилегающих к Арктике, и на крайном юге — в Антарктике.
Северные силы (в литературе чаще встречается именно это называние) известны очень давно. О них упоминаны античные авторы, несколько описаний северного сияния сделали средневековые летописцы. Северное сияние, наблюдается в Англии в 1716 году, было описано Галлеем. Ломоносов, проведший детство и юность на севере и часто наблюдающей сияния (русские поморы называются их сполохами, позорями), одним из первых высказал предложение об электрической природе этого явления.
Что видит наблюдаатель? Полярные силы (и северные, и южные) отличаются большим разнообразием. Это могут быть одноподные зелено-желтые полосы или дуги с резкой нижней границей и размытой верхней. Высота нижней границей обычно около 100 км, верхней — около 1000 км. Это могут быть дуги или полосы, составленные из своеобразных лучей, перпендикулярных земной поверхности. Можно увидеть и пульсирующие полосы или дуги. Сильное внешнее производят так называемые полярные силы, имеющие вид движущихся вверх светящихся волн. Это напоминает картину угасающего огня, раздуваемого порывистым ветром.
Зеленый цвет с примесью желтого — это преобладание цвета. Зна-
59
чительную роль играет также красный цвет, в меняющей степени — голубой и фиолетовый.
Где видны полярные сияния? Полярные сияния, в частности северные, можно наблюдать не только вблизи полюса. Их можно увидеть и на Черноморском побережье, и даже в Риме. Но по мере приближения к полюсам частота полярных сияний резко увеличивается.
Многоолетние наблюдания позволили нанести на карту линии, соединяющие места с одинаковой частотой полярных сияний (такие линии называются изохазами). По ним видно, например, что на побережье Черного моря сияния можно наблюдать один раз (одну ночь) за 10 лет, на севере Англии или на Кольском полуострове — 100 ночь в году, а на большей части побережья Северного Ледовитого океана — практически каждую ночь. Мы здесь выражаем частоту полярных сияний числом ночь в год. Это не значит, что полярные сияния наблюдаются только ночь. Они возникают и в дневное время, но на фоне светлого неба сравнительно слабое свечение полярных сияний наблюдаются много труднее.
Как и почему возникают полярные сияния? Ломоносов не направно приписывал полярным сиянием электречную природу. Но, как теперь выяснили, в сложных процесах, проводящих к полярным сияниям, не менее важную роль играют и магнитные явления. И это не случайно.
Северное сияние (сравторы на дереве, конец 19 е.).
Земной шар — это гигантский природный магнит, и поэтому наша Земля окружена магнитным полем. Оно, это поле, похож на магнитное поле, созданное намагниченнымстерjem или соленодом, по которым течение постоянный ток. На рисунке 1 показана картина линей индикции магнитного поля Земли. Изображеного на рисунке соленода и питания его источника тока внутри Земли, конечно, нет, но электрические токи, «виновники» магнитного поля Земли, в ней действительно существуют (в жидкой части ядра Земли). Из рисунка видно, что северный и южный магнитные полюса не совпадают с географическим полюсами, а отклонены от них примерно на 11°. Magнитное поле Земли пространется до расстояния примерно в три земных радиуса (от ее центра). Значение магнитной индикции поля невелико — всего около 5·10⁻⁵ Тл.
Вторым, не менее важным «действующим лицом» в рассматриваемом нами процесе является Солнце. Кроме видимого и невидимого света, Солнце (его корона) построено испускает еще и плазму, состояние избытных протонов и электронов. Такой поток частц — солнечный ветер — «дует» и на Землю.
Эти двух фактов достаточно для того, чтобы понять явление полярных сияний.
Солнечный ветер и магнитное поле Земли. Magнитное поле Земли недоподноное: у полосов значение