Розділ 1 гравітаційне поле землі

1.1. Гравітаційне поле Землі

Навколо Землі існує поле тяжіння, зумовлене її масою. Це поле називається гравітаційним. Сила тяжіння притаманна як малим, так і великим тілам. Чим більша маса тіла, тим потужніше його гравітаційне поле. Біля поверхні Землі його середнє значення становить близько 9,8 м/с². З висотою напруженість поля зменшується. Теоретично гравітаційне поле Землі поширюється до безкінечності. Ближче до поверхні Землі сила тяжіння набуває дещо іншого характеру. Тут проявляються сили, які не тільки притягують, а і відштовхують тіла, що знаходяться на поверхні Землі. Відштовхуюча сила зумовлена обертанням Землі навколо своєї осі і називається відцентровою. Рівнодіюча двох сил — гравітаційної та відцентрової — називається силою тяжіння. Визначається сила тяжіння масою тіл. Маса, власне, і є сила, з якою тіла притягаються в напрямі до центра Землі. Сила тяжіння утримує тіла і предмети на поверхні Землі, а гравітаційне поле утримує на відстані супутник Землі Місяць.

Розподіл величини сили тяжіння на поверхні Землі залежить від географічної широти: зі збільшенням широти вона зростає. Зменшення сили тяжіння в напрямі до екватора пояснюється двома причинами: збільшенням у цьому напрямку відцентрової сили і збільшенням відстані від центра планети, а також особливостями її внутрішньої будови. Якби Земля була правильною нерухомою кулею, за складом однорідною від поверхні до центру, то її сила тяжіння скрізь була б однаковою і направленою до центру планети.

На полюсах, де відцентрова сила практично відсутня, а відстань до центру Землі найменша, сила тяжіння найбільша і становить 9,83 м/с². На екваторі відцентрова сила і відстань найбільші, тому сила тяжіння найменша — 9,78 м/с².

Вплив гравітаційного поля на розвиток планети та її географічну оболонку величезний. Сила тяжіння визначає справжню форму земної поверхні — геоїд, зумовлює рухи земної кори. ПІД її впливом відбувається переміщення пухких гірських порід, мас води, льоду, повітря. Гравітаційне поле Землі є однією з причин кругообігів у літосфері, атмосфері і гідросфері.

Саме ж гравітаційне поле зумовлене, як уже було зазначено, масою Землі. Підраховано, що повна маса Землі (F) становить 5,976 ? 10²⁷ г. Безпосередньо цю масу виміряти неможливо, але розрахувати її порівняно просто за формулою гравітаційного тяжіння:

, де k_e — гравітаційна стала, яка дорівнює 6,67 ? 10⁸; m₁, m₂ — маси тіл, що притягаються, г; d — відстань між центрами тіл, см.

Об'єм сферичної Землі також легко приблизно підрахувати, оскільки з вимірювань дуг її кола відомий радіус. Знайдений таким чином об'єм нашої планети становить 1,083 ? 10²⁷ см³.

Знаючи масу і об'єм Землі, можна знайти її середню густину. Вона становить 5,52 г/см³, тобто вдвічі більша за щільність граніту"

Встановлено, що земна кора має середню густину 2,7 г/см³. Таким чином, щоб середня густина Землі дорівнювала 5,52 г/см³, внутрішня частина Землі повинна бути щільніша, ніж зовнішня. Збільшення густини з глибиною можна пояснити відмінностями в хімічному складі і тією величезною силою, з якою зовнішні частини Землі тиснуть на внутрішні. Передбачається, що внутрішнє ядро має густину близько 13 г/см³.