Сила Кориолиса – классическое проявление ньютоновской механики – впервые была описана за два века до выхода трудов французского ученого Гаспара Кориолиса, в честь которого названа. И сделал это итальянский католический священник Джованни Батиста Ричолли — один из критиков гелиоцентрической системы мира, провозглашенной польским астрономом Николаем Коперником. Противником восприятия Солнца как видимого центра движения планет священник стал не по религиозным, а по научным соображениям.
Бесовская сила
В 1651 году астроном-иезуит издал свой главный труд — «Новый Альмагест», ставший сводом астрономических знаний того времени. В этой книге Ричолли, помимо прочего, опубликовал 77 причин, по которым Солнце не могло быть центром видимого тогда мироздания.
Кристоферу Грейни из технического колледжа имени Джефферсона (штат Кентукки, США) удалось исследовать ранее не известные страницы «Нового Альмагеста» и опубликовать их перевод с латыни. Оказалось, что некоторые идеи Риччоли опередили научную мысль на столетия. Например, одной из центральных идей Коперника стала гипотеза о том, что суточное движение звезд, Солнца и планет по небосводу происходит не благодаря их движению вокруг Земли, а из-за вращения самой Земли. Чтобы опровергнуть это, Ричолли предложил провести мысленный эксперимент, проиллюстрированный в книге. Священник представил пушку, которая установлена на экваторе. Как верно заметил ученый, если Земля вращается, то скорость точек на экваторе должна быть больше скорости точек на других широтах. Поэтому ядро, выпущенное пушкой строго на восток, должно попасть в цель, а выпущенное строго на север из-за вращения Земли должно отклониться к востоку. «Если Земля имеет суточное вращение, то траектория ядра, запущенного к южному или северному полюсу, будет отличаться от траектории ядра, запущенного вдоль параллели близ экватора. Однако такого не происходит. Значит, у земли нет суточного вращения», — постулировал иезуит. Историки утверждают, что Коперник либо отвергал этот аргумент, либо считал отклонение ядра настолько малым, что зафиксировать его не представлялось возможным.
Как в воду глядел
Сила Кориолиса
«Трактат о механике твердых тел» был опубликован в 1844 году после смерти Кориолиса. В работе записаана знаменитая теорема, позднее получившая название теоремы Кориолиса. Теорема доказывает, что в сложном движении (если переносное движение не поступательное) появляются «добавочные силы инерции». Ускорение Кориолиса равно удвоенному векторному произведению угловой скорости вращения на скорость поступательного движения тела.
Как бы то ни было, эксперимент с ядром стал первым опубликованным в научном труде описанием явления, которое сегодня принято называть эффектом Кориолиса. Его можно мысленно иллюстриовать так. Представим себе вращающийся на оси, воткнутой в его центр, круг. Из центра круга нарисован радиус.
Если из центра вдоль этого радиуса равномерно и прямолинейно запустить любое тело, само по себе оно не сможет двигаться вдоль радиуса, так как он смещается. Поэтому с точки зрения наблюдателя, находящегося на линии, тело смещается в стороную, противоположную направлению вращения круга.
Во вращающихся системах отсчета законы Ньютона, вообще говоря, применять нельзя. Но законы динамики для таких систем применимы, если рассматривать силы особого рода — силы инерции. К таким силам и будет относиться сила, которая заставит ядро, выпущенное с экватора на север, «отклониться» на восток. На самом деле сила, отклоняющая ядро, фиктивна – просто Земля за время его полета успеет немного повернуться, как и в случае с кругом.
Как известно, эффект Кориолиса ответственен за ряд интересных явлений, наблюдаемых на земле. Благодаря ему правые рельсы двухпутных железных дорог в северном полушарии изнашиваются больше, чем левые, и сильнее подмываются правые берега рек. Также сила Кориолиса закручивает циклоны и антициклоны. А с развитием дальнобойной артиллерии оказалось, что при стрельбе все-таки необходимо учитывать эффект Кориолиса. Мессиру Риччоли, чтобы убедиться в правоте Коперника, просто не хватило артиллерийской мощи.
