Sva Zemljina gibanja (I)

U svakodnevnom govoru često upotrebljavamo riječ mirujemo, premda pri tome obično nismo ni svjesni koliko je to relativan pojam.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja2114


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao Drago Roša, a objavljen je u časopisu Čovjek i svemir broj 2, iz 1988-1989. godine.

Pored toga što u društvu s našim planetom sudjelujemo u raznolikim "svemirskim" gibanjima mi primjećujemo tek samo njihove prividne posljedice. Međutim, i neke fizičke posljedice tih gibanja, neprimjetne našim osjetilima, očituju se i na Zemljinom licu, utječući između ostalog, na svakodnevnu globalnu dinamiku zračnih i vodenih oceana...

Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 2, iz 1988/1989. godine.
U svakodnevnom govoru često upotrebljavamo riječ mirujemo, premda pri tome obično nismo ni svjesni koliko je to relativan pojam. Jer, mirovati ili gibati se može samo s obzirom na nešto, a pod tim "nešto" obično podrazumijevamo naš planet. Međutim, Zemlja nije tako "nepomična" kakvom nam se obično čini.
Stoga, dok "mirno" sjedimo čitajući retke našeg časopisa, razmotrimo bar na tren, u kojim sve to gibanjima sudjelujemo u društvu s našim planetom i svemirskim nam susjedima.
"Zemljo, stani!"

Gibanje Zemlje kojeg je posljedica prividna vrtnja nebeske kugle dobro nam je znana rotacija našeg planeta. Između ostalog, ona uvjetuje izmjenu dana i noći prema kojoj je usklađena svakodnevna aktivnost gotovo svih životinja i biljaka, a također i ljudskih bića. Naš se planet jednom okrene oko svoje osi za vrijeme od oko 24 sata. U tom periodu svaka točka Zemljine površine opiše oko osi rotacije kružnicu radijusa jednake udaljenosti te točke od osi vrtnje. Točke u većim udaljenostima od osi vrtnje preći će u jednom danu veći kružni put nego one točke u manjim udaljenostima.

Uslijed toga je i najveća brzina rotacije za mjesta na ekvatoru, dok je na polovima Zemlje ona jednaka nuli. U našim krajevima koji se nalaze na približno 45° zemljopisne širine brzina rotacije iznosi oko 330 m/s, odnosno 1.200 km/h! Ova vrijednost brzine usporediva je s brzinama koje je čovjek tek posljednjih decenija uspio postići konstrukcijom posebnih letjelica. No, i pored toga što sudjelujemo u tako brzoj rotaciji našeg planeta mi primjećujemo samo one prividne posljedice vrtnje Zemlje, kao što su izlasci i zalasci Sunca i dnevna gibanja ostalih nebeskih tijela.

Fizičke posljedice brze rotacije našeg planeta za naša osjetila ostaju skrivene. Razlog tome leži u činjenici što je sustav vezan uz neku točku Zemljine površine i koji tako sudjeluje u vrtnji našeg planeta vrlo sličan inercijalnom sustavu, a to su sustavi koji se gibaju jednoliko (stalnom brzinom) i pravocrtno. Zgodan primjer inercijalnog sustava vezan je uz vlak koji se giba jednoliko i pravocrtno.
Vozeći se u takvom vlaku putnicima će izgledati kao i da miruju. Poskočimo li u vis past ćemo opet na isto mjesto s kojeg smo poskočili, bez obzira na to što vlak juri brzinom od recimo 100 km/h. To je stoga što se i mi gibamo istom brzinom kao i vlak i pri skoku s poda vlaka u vis nastavljamo se (po principu inercije) gibati jednakom brzinom, pa je jasno da ćemo opet pasti na isto mjesto. Tome je sličan i naš odnos prema rotaciji Zemlje. Naime, pri svakom gibanju u odnosu na površinu Zemaljske kugle zadržavamo brzinu rotacije, koja je za određena mjesta na Zemlji konstantna. Vratimo se na trenutak našem vlaku koji smo opisali u stanju jednolikog i pravocrtnog gibanja. Što bi se događalo kada bi vlak počeo naglo kočiti?
Prema principu inercije naše tijelo nastojalo bi pri tome zadržati brzinu koju je imalo neposredno prije kočenja vlaka. Tako bi se ono s obzirom na vlak nastojalo gibati prema naprijed i gledajući iz sustava vlaka na nas bi djelovala izvjesna sila koju u fizici nazivamo inercijalnom silom. Da bismo sagledali rotaciju našeg planeta na nešto drugačiji način citirat ćemo sada odlomak iz priče G. Herberta Wellsa o izvjesnom knjigovođi koji je stvarao čudesa.
U svoj toj priči najveća nesreća glavnoga lika bila je da nije poznavao princip inercije. Tako je on poslije noćne pijanke, koja se otegla, bojeći se da se pojavi kod kuće po svjetlu, naumio upotrijebiti svoju sposobnost, te produžiti noć. Trebalo je zapovjediti zvijezdama da zaustave svoj hod. Zauzeo je zapovjednički stav, podigao je ruke nad svijetom i izgovorio:

"Zemljo, stani! Prestani se vrtjeti!" Nije dospio završiti ove riječi, a prijatelji su već letjeli u prostor ogromnom brzinom. Bez obzira na to nastavio je misliti. Manje od sekunde uspio je promisliti i izrekne za sebe ovu želju.
"Ma što se dogodilo, neka sam samo ja živ i zdrav." Treba priznati, da je ta želja bila izrečena na vrijeme. Poslije nekoliko sekundi, on je pao na neku svježe uzoranu zemlju, a oko njega ne nanoseći mu nikakve povrede, letjelo je kamenje, ruševine zgrada, metalni predmeti različite vrste; letjela je i neka nesretna krava, koja je stradala pri udaru o zemlju. Vjetar je puhao strašnom snagom, nije mogao ni podići glavu da se ogleda. "Nepojmljivo" - uzviknuo je isprekidanim glasom - "Što se dogodilo? Sigurno je da ja tako što nisam učinio."
Ogledavši se, koliko mu je dopuštao vjetar i rašireni krajevi kaputa, on je produžio: "Na nebu, čini se, da je sve u redu. Evo i Mjeseca. Ali gdje je ostalo... Gdje je grad? Gdje su kuće i ulice? Odakle je nastao vjetar?"
Shvativši, da čudo što ga je stvorio, nije naročito sretno, zahvatila ga je duboka odvratnost prema svim čudesima, i on se zarekao da ih neće više praviti. Ali je prije bilo potrebno popraviti nesreću što ju je stvorio. Ta je nesreća bila velika.
Bura je bjesnila, oblaci prašine zastrli su Mjesec, a u daljini se čuo šum vode koja se približavala. Čak je vidio, pri svjetlu munje, čitavu vodenu stijenu, koja se gibala strašnom brzinom prema mjestu na kojem je ležao.
Odlučio se.
"Stoj!" - zaviknuo je, obraćajući se vodi. "Ni koraka dalje!" Zatim je ponovio istu zapovijed gromu, munji i vjetru. Sve se stišalo. Čučnuo je i zamislio se.
"Da ne bi opet počinio kakav nered!", - pomislio je i zatim nastavio: "Ponajprije, kada se ispuni sve, što ću ovog časa zapovjediti, neka izgubim sposobnost da činim čudesa.
Previše je to opasna igračka. A zatim, neka bude sve po starom: isti grad, isti ljudi, iste kuće, i ja isti, kakav sam bio nekoć."
Kako vidimo veliku brzinu rotacije našeg planeta i te kako bismo zamijetili kada bi se naš planet nekim čudom prestao vrtjeti. Tada sustav rotirajuće Zemlje ne bi nalikovao ranije opisanom sustavu vlaka koji se giba jednoliko pravocrtno, već bi nastala situacija analogna onoj kada vlak zaustavlja.

Ipak, ovdje bi trebalo naglasiti da sustav vezan uz naš rotirajući planet nije baš sasvim identičan sa sustavom koji se giba jednoliko i pravocrtno, tj. on je samo približno inercijalni sustav. Naime, brzina rotacije jest konstantna po iznosu, ali je ona promjenljiva po smjeru. Posljedica toga je da na svaki dio mase našeg planeta koji se po kružnoj putanji giba oko osi rotacije djeluje tzv. centrifugalna sila sa smjerom prema "van". Vrijednost centrifugalne sile mala je u usporedbi s privlačnom gravitacijskom silom Zemlje, tako da se u svakodnevnom životu posljedice djelovanja ove sile ne zamjećuju.
Međutim, centrifugalna sila, čija je vrijednost na polovima Zemlje jednaka nuli, a prema ekvatoru raste, gdje ujedno poprima najveću vrijednost, uvjetovala je, između ostaloga, da naš planet ima spljošten oblik. Tako je Zemljin ekvatorski polumjer za 21 km veći od polarnog.

Svemoćna Coriolisova sila

Uslijed rotacije Zemlje pored centrifugalne sile javlja se još jedna, tzv. Coriolisova (Koriolisova) sila. Njena priroda istovjetna je s prirodom centrifugalne sile (radi se o inercijalnim silama), a ona djeluje na tijela koja, pored toga što sudjeluju u vrtnji našeg planeta, ujedno se i gibaju izvjesnom brzinom s obzirom na površinu Zemlje. Zbog ove sile, putanja tijela izbačenog s recimo sjevernog pola Zemlje prema ekvatoru, bit će otklonjena prema zapadu. Isto će se dogoditi i pri gibanju tijela od južnog pola prema ekvatoru. Ako se pak tijelo giba u suprotnom smjeru Coriolisova sila će djelovati prema istoku, lako je iznos Coriolisove sile malen, posljedice njena djelovanja očituju se u globalnim strujanjima vodenih i zračnih masa našeg planeta.

Tako su npr. rijekama sjeverne polutke desne obale mnogo strmije od lijevih. Naime, rijeke sjeverne polutke u svom toku prema ekvatoru zbog djelovanja Coriolisove sile "udaraju" u desnu obalu. Na taj način one podlokavaju desnu obalu skrećući djelomično u tu stranu. Tako rijeka nakon dužeg vremenskog razdoblja ostavlja na svojoj lijevoj strani ravnicu, što ju je razlokala, pri čemu se primakla desnoj još nerazlokanoj (strmoj) obali. Zbog istog razloga vlakovi na sjevernoj polutci Zemlje više "izližu" desnu tračnicu, a Coriolisova sila uvjetuje i da let aviona iz Evrope u Ameriku traje kraće od putovanja u povratku.

Period rotacije Zemlje oduvijek je upotrebljavan kao mjerna jedinica vremena. U današnje vrijeme kada su gibanja Zemlje vrlo dobro proučena, poznato je da naš planet ne rotira jednoliko. Zato, svaki dan nije jednako dug. Razlike su vrlo male, a uvjetovane su raznovrsnim utjecajima od kojih su mnogi od njih vrlo detaljno proučeni. Uz to što rotira, naš planet sudjeluje u drugim raznolikim "svemirskim" gibanjima, o kojima ćemo nešto više reći u slijedećem broju našeg časopisa.



Toplo i vlažno, suho i hladno oštre su suprotnosti u atmosferi našeg planeta. Na mjestima gdje se one sukobljavaju i ako su još dobrano zadojene "temperamentom" krajeva iz kojih dolaze, doći će do prave zračne borbe u doslovnom smislu te riječi.

Iz ekvatorskih širina kreće vruća i vlažna zračna masa u širokoj fronti prema sjeveru. Iznad Karipskog mora sudara se s frontom hladnoga, suhog polarnog zraka koji nastoji dalje prema jugu. Zahvaljujući Zemljinoj vrtnji (Coriolisovoj sili) počinje "rvanje" - mase zraka se zakreću, izvijaju. Karipski zrak još ima ekvatorijalnu brzinu, a polarni manju brzinu jer dolazi iz širina sporije Zemljine rotacije. Osim toga, sporiji je i zbog toga što je hladan i težak. Posljedica svega je "zračni ples", vrtlog koji se okreće sve mahnitije. Ako se ovo događa iznad sjevernoameričkog kopna i ako se u središtu vrtloga formira "usisna truba" onda ovu pojavu zovemo - tornado. Ako se zračni vrtlog stvori iznad mora to je - hurricane (hariken) ili tropski orkan. Slične pojave u istočnoj Aziji zovu se tajfuni, u Australiji willy-willy.

Na našoj fotografiji snimljenoj iz satelita vidimo zloglasni hurricane nazvan Gilbert, jedan od najstrašnijih koji je uopće zabilježen u povijesti. Na slici vidimo konture Sjeverne Amerike (Kaliforniju, Floridu, Vel. Jezera), te lijevo gore zakrivljenost Zemljine površine. Naravno, na fotografiji dominira Gilbert koji se, kako vidimo (15. IX. 88), nalazio točno iznad Meksičkog zaljeva, a divovski sistem naoblake s brzinama vjetra i do 300 km/h ima karakteristični smjer okretanja - obrnuto od kazaljke na satu (na sjevernoj polutci). A sve opet zahvaljujući svemoćnoj Coriolisovoj sili!
Z. M.

Tematski povezani članci
Sva Zemljina gibanja (II)
Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!