Это объясняет кольца Сатурна: они находятся внутри предела Роша, и материя не может сформировать здесь большой спутник. Она распределена по орбите в виде «булыжников». Кроме того, эта материя наверняка была принесена крупным планетоидом, который подлетел к планете слишком близко и был разрушен приливными силами…

Спутник Юпитера Ио также не далек от предела Роша. Более того, периодическое влияние других спутников то приближает, то отдаляет его от планеты. Таким образом, мощные приливные силы то уменьшают, то увеличивают то, что сильно давит на спутник. Результатом этого является постоянная вулканическая деятельность на Ио, выброс избыточной внутренней энергии, образованной этими трениями.

Вернемся к нашей системе Земля-Луна, чтобы описать заключительное последствие действия приливных сил. Если приливные силы Луны действуют на Землю, действие приливных сил Земли по отношению к Луне еще более значительно. Если бы Луна была очень твердым телом, на ней не образовывалось бы выпуклостей. Но планеты и их спутники всегда подвержены некоторой деформации: из-за приливных сил они своей формой напоминают мяч для регби (как видно на рис. 2.7).

Рис. 2.7 – Влияние приливов на скорость вращения тела

Луна превратилась в мяч для регби из-за приливных сил; но благодаря инерции выпуклости достигают своей максимальной амплитуды, когда Земля уже не в зените (или в точке-антиподе), из-за вращения Луны.

В геоцентрической системе отсчета (а) ускорение, оказываемое на выпуклости, направлено в сторону Земли, а потому наклонено в сторону пунктирной оси. Ускорение, действующее на центр Луны, направлено вдоль оси. «Индивидуальное» ускорение выпуклостей по отношению к Луне направлено к пунктирной оси (b). Мы видим, что приливные силы противостоят вращению Луны в дополнение к тому, что стремятся ее разрушить.

Представим, что Луна очень быстро вращается вокруг своей оси. Поверхность вращается, а выпуклости по-прежнему обращены к Земле (и ее точкам-антиподам): а значит, эти выпуклости расположены не всегда в одном и том же месте лунной поверхности. Иными словами, выпуклости перемещаются по Луне.

Из-за действия инерции проходит довольно длительное время, прежде чем лунные горы разрушаются и формируют выпуклость. То есть образование выпуклости происходит с опозданием: когда выпуклость достигает максимальной амплитуды, Земля уже не в зените.

Из этого следует, что выпуклости направлены не совсем в сторону Земли, как показано на рис. 2.7. Мы также изобразили приливные силы, действующие на уровне этих выпуклостей, и видим, что из-за этого отклонения они не только стремятся «разрушить» Луну, но и препятствуют ее вращению. Такая Луна мало-помалу будет вращаться все медленнее из-за действия приливных сил.

В конечном итоге этот феномен действует до тех пор, пока скорость вращения Луны вокруг своей оси не будет равна ее скорости вращения вокруг Земли, а в этом случае Луна будет повернута к Земле всегда одной и той же стороной. Выпуклости больше не будут опаздывать, потому что всегда будут расположены на том же месте Луны: приливные силы больше не стремятся замедлить лунное вращение.

Именно это и произошло в истории системы Земля-Луна: Луна постепенно замедлила вращение вокруг своей оси, и теперь мы постоянно видим одну и ту же ее поверхность. Подобный феномен свойствен всем крупным спутникам в Солнечной системе.

Приливные силы Луны действуют также и на Землю, а потому с Землей происходит ровно то же самое. Иными словами, вращение Земли вокруг своей оси мало-помалу замедляется из-за приливных сил Луны. Во времена динозавров сутки длились меньше 24 часов.

СЛЕДУЕТ ЗАПОМНИТЬ

• Сила притяжения пропорциональна массам двух взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами.

• Все тела, испытывающие притяжение одного и того же тела, подвержены равному ускорению. Такова специфическая особенность силы притяжения.

• Два тела, испытывающие гравитационное взаимодействие, действуют друг на друга с одинаковой силой.

• Вес является частным случаем силы притяжения вблизи поверхностей планет. Он равен произведению массы объекта на поле тяготения, также называемое ускорением свободного падения, которое зависит от радиуса и массы планеты и представляет собой ускорение тела в свободном падении.

• Гравитационная постоянная выражает коэффициент силы притяжения для двух тел массой 1 кг на расстоянии 1 м и является одной из фундаментальных констант физики.

• Приливные силы, возникающие из-за силы притяжения, действующей на спутник: точки на поверхности спутника испытывают разное ускорение, поскольку расположены на разном расстоянии от тела. То есть на эти точки действует определенная сила. Эта сила стремится «расчленить» спутник вдоль оси, связывающей ее с телом.

• Приливные силы объясняют не только приливы на Земле, но также и кольца Сатурна, вулканизм Ио, а также то, что Луна всегда обращена к нам одной и той же стороной.

Первые наблюдения

Влияние электростатической силы на нашу жизнь кажется нам редким, а то и вовсе не существующим, но на самом деле, чтобы ее увидеть, нужно ее создать.

Первые наблюдения за этим явлением принадлежат грекам: они обратили внимание, что, если потереть янтарь, он будет притягивать предметы, а иногда даже пускать искры. Так была открыта новая сила, притягивающая на расстоянии.

Следует отметить, что она явно не связана с гравитацией, поскольку это касается объектов, чья масса чересчур мала для гравитационного взаимодействия.

Первичный опыт можно проделать с пластмассовой линейкой, если потереть ее о шерстяной свитер, при этом желательно, чтобы воздух был довольно сухой: линейка будет притягивать малейший клочок бумаги, который приклеится к ней. В таких случаях мы говорим, что линейка «наэлектризована». В сухую погоду происходит то же самое, когда вы снимаете шерстяной свитер, ваши волосы трутся об него, слышится треск, а в темноте можно увидеть искры, похожие на те, которые заметили древние греки.

Но систематические опыты в этом направлении начнут проводиться только в эпоху Возрождения. Подвергнув трению различные вещества, исследователи пришли к выводу: два идентичных наэлектризованных вещества отталкиваются, различные наэлектризованные вещества иногда притягиваются, иногда отталкиваются.