Реферат физические поля земли

Обновлено: 05.07.2024

Содержание

Введение
1. Сила тяжести и её составляющие
2. Измерение силы тяжести
3. Аномалии силы тяжести
4. Сила тяжести и фигура Земли
5. Поле силы тяжести и его значение для географической оболочки
Список литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

реферат.docx

Сила тяжести и её составляющие
Измерение силы тяжести
Аномалии силы тяжести
Сила тяжести и фигура Земли
Поле силы тяжести и его значение для географической оболочки

Гравитационное поле Земли - силовое поле, обусловленное притяжением масс Земли и центробежной силой, которая возникает вследствие суточного вращения Земли; незначительно зависит также от притяжения Луны и Солнца и других небесных тел и масс земной атмосферы. Гравитационное поле Земли характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести и различными его производными. Потенциал имеет размерность м2•с-2, за единицу измерения первых производных потенциала (в т.ч. силы тяжести) в гравиметрии принят миллигал (мГал), равный 10-5 м•с-2, а для вторых производных — этвеш (Э, Е), равный 10-9•с-2.

Обычно гравитационное поле Земли представляют состоящим из 2 частей: нормальной и аномальной. Основная — нормальная часть поля соответствует схематизированной модели Земли в виде эллипсоида вращения (нормальная Земля). Она согласуется с реальной Землёй (совпадают центры масс, величины масс, угловые скорости и оси суточного вращения). Поверхность нормальной Земли считают уровненной, т.е. потенциал силы тяжести во всех её точках имеет одинаковое значение (см. геоид); сила тяжести направлена к ней по нормали и изменяется по простому закону.

На основании гравитационного поля Земли определяется геоид, характеризующий гравиметрическую фигуру Земли, относительно которой задаются высоты физической поверхности Земли. Гравитационное поле Земли в совокупности с другими геофизическими данными используется для изучения модели радиального распределения плотности Земли. По нему делаются выводы о гидростатическом равновесном состоянии Земли и о связанных с этим напряжениях в её недрах. По наблюдениям приливных вариаций силы тяжести изучают упругие свойства Земли.

Гравитационное поле Земли используется при расчёте орбит искусственных спутников Земли и траекторий движения ракет. По аномалиям гравитационного поля Земли изучают распределение плотностных неоднородностей в земной коре и верхней мантии, проводят тектоническое районирование, поиски месторождений полезных ископаемых (см. гравиметрическ ая разведка). Гравитационное поле Земли используется для вывода ряда фундаментальных постоянных геодезии, астрономии и геофизики.

Сила тяжести и её составляющие

Среди многих причин, обусловливающих строение Земли и ее поверхности, одно из главных мест принадлежит силе тяжести. Под влиянием силы тяжести опускаются и поднимаются громадные участки земной коры, разрушаются горы, текут реки, движутся ледники, образуются слои осадочных пород и т. д. Сила тяжести оказывает огромное влияние на развитие органической жизни и на деятельность человека.

Сила тяжести является равнодействующей силы притяжения Земли и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения нашей планеты вокруг своей оси. Некоторое влияние на величину силы тяжести оказывает также притяжение Солнца, Луны и других небесных тел. Однако это влияние столь незначительно, что его можно совершенно не принимать в расчет.

Величина силы тяжести обычно измеряется ускорением свободно падающего тела или, как часто говорят, ускорением силы тяжести (g). Единицей измерения ускорения силы тяжести служит гал (1 гал = = 1 см/сек2). Среднее ускорение силы тяжести равно 981 галу2. Направление силы тяжести (направление вектора) определяет положение отвесной линии (вертикали) и астрономического зенита в данном пункте.

Распределение силы тяжести на земной поверхности. Если бы Земля имела форму правильного шара, состояла из совершенно одинаковых пород и не вращалась вокруг своей оси, то сила тяжести во всех точках земной поверхности была бы одинакова. Как мы уже говорили, сила тяжести является равнодействующей силы притяжения и центробежной силы вращения Земли. Понятно, что центробежная сила, уменьшающая силу тяжести, будет наибольшей на экваторе и совершенно отсутствовать на полюсах. Хотя величина центробежной силы очень невелика по сравнению с силой земного притяжения (даже на экваторе она составляет лишь 7288 часть силы тяжести), тем не менее вызывает уменьшение силы тяжести на экваторе по отношению к полюсам.

В то же время нам известно, что Земля представляет собой не правильный шар, а геоид, полярный радиус которого на 21,4 км меньше экваториального. Эта особенность формы Земли еще в большей степени, чем ее вращение, приводит к тому, что сила тяжести увеличивается по направлению от экватора к полюсам. В целом сила тяжести в основном зависит от формы и размеров земной поверхности и распределения плотностей внутри Земли. Как правило, сила тяжести возрастает при движении от экватора к полюсам и уменьшается с нарастанием абсолютной высоты местности. Однако эта общая закономерность часто нарушается в связи с особенностями строения того или иного участка Земли.

Измерение силы тяжести

Сила тяжести на поверхности Земли есть равнодействующая двух сил: силы притяжения, направленной к центру массы Земли, и центробежной силы, направленной перпендикулярно к оси вращения Земли. Так как Земля сплюснута вдоль оси вращения, то сила притяжения у полюсов больше, чем в других местах, и уменьшается к экватору.

Кроме того, центробежная сила действует против силы притяжения. Поэтому сила тяжести на поверхности Земли уменьшается при переходе от полюсов к экватору. Разница в ускорении силы тяжести между полюсами и экватором составляет g90 - g0 = 983,2 - 978,0 = 5,2 см/сек2. Около 2/3 этой разности возникает за счет центробежного ускорения на земном экваторе и около 1/3 - за счет сплюснутости Земли. Среднее значение ускорения силы земной тяжести принимается равным g = 981см/сек2.

Результаты измерений ускорения силы тяжести в различных точках земной поверхности показали отклонения (возмущения) силы тяжести по сравнению с ее нормальным ходом, соответствующим эллипсоиду. Эти отклонения называются аномалиями силы тяжести и объясняются тем, что строение земной коры неоднородно как в отношении видимых наружных масс (горных массивов и т.п.), так и в отношении плотностей горных пород, составляющих земную кору.

Ряд мелких неоднородностей в строении верхних слоев земной коры вызывают местные аномалии силы тяжести, охватывающие небольшие районы. Местные аномалии свидетельствуют о наличии залежей ископаемых, обладающих либо очень большой плотностью (например, руды металлов) либо очень маленькой плотностью (например, залежи нефти, каменной соли).

Аномалии силы тяжести

Как известно, Земля, а в особенности ее верхняя оболочка (земная кора), слагается разнообразными породами, имеющими различную плотность и удельный вес. Сила тяжести над участками, сложенными более плотными породами, будет несколько большей, а над участками менее плотных пород — несколько меньшей, чем она должна была бы быть, если бы Земля слагалась однородными породами. Всякая разница между измеренной силой тяжести, приведенной к уровню моря при помощи специальных расчетов, и теоретически вычисленным значением силы тяжести в той же точке Земли носит название аномалии силы тяжести. В том случае, когда измеренное значение силы тяжести превышает теоретическое, говорят о положительной аномалии, в обратном — отрицательной.

Исследование аномалий силы тяжести играет громадную роль в геологии и разведке полезных ископаемых. Изучение распределения аномалий позволяет получить представление о строении и равновесии глубоких слоев земной коры. Сравнение карты аномалий с геологической картой позволяет судить о характере пород, перекрытых более молодыми отложениями. Например, известно, что Уральский хребет сложен несколькими меридионально вытянутыми полосами пород. Каждая из этих полос характеризуется своей аномалией силы тяжести. Как показали специальные исследования, в пределах Западно-Сибирской низменности наблюдается сходное чередование положительных и отрицательных аномалий. Эти аномалии показывают, что здесь мы имеем продолжение горных систем Урала, скрытых под толщей более молодых осадков.

Изучение изменения силы тяжести на отдельных небольших участках позволяет обнаружить месторождение полезных ископаемых и изучить их условия залегания. Особенно широко применяется этот метод при исследовании нефтяных и некоторых рудных месторождений.

В последние годы было установлено, что аномалии силы тяжести отмечаются также в районах, форма поверхности которых отличается от формы теоретически вычисленного геоида. Это позволяет применить метод изучения силы тяжести для более точного определения фигуры Земли. Советским ученым М. С. Молоденским разработан практический метод использования аномалий силы тяжести для целей геодезии и картографии.

Сила тяжести и фигура Земли

Фигура Земли понятие или представление о форме Земли, как планете в целом, изменявшееся в ходе историческогоразвития знаний и определяемое по соглашению.

Ещё в древности было осознано, что Ф. З. имеет вид шара. Это явилось первым приближением впредставлении о Ф. З. Задача изучения, Ф. З. сводилась к определению радиуса земного шара (Эратосфе н,Бируни). И. Ньютон, исходя из открытого им закона всемирного тяготения, высказал предположение, что Ф. З. вследствие её вращения около оси и взаимного притяжения составляющих её масс должна быть слабосплюснута в направлении оси вращения и иметь вид сфероида, близкого к эллипсоиду вращения (см.Земной сфероид, Земной эллипсоид). Результаты градусных измерений (См. Градусные измерения) в 1йполовине 18 в. подтвердили обоснованность этого предположения, а также и закона всемирного тяготения. Предположение, что Ф. З. имеет вид эллипсоида вращения, явилось вторым приближением впредставлениях о ней. Задача изучения Ф. З. в этом приближении сводилась к определениюэкваториального радиуса и сжатия Земли (См. Сж атие земли).

Работа А. Клеро по теории фигур равновесия вращающейся жидкой массы развивала исследования И.Ньютона и заложила основы теории Ф. З. Развитие теории Ф. З. в 19 в. Дж. Стоксом и др. учёными привело квведению понятия Геои д, отождествление с которым Ф. З. явилось следующим приближением впредставлениях о ней. Ф. З. в этом понимании имеет довольно сложный вид и зависит от внутреннего строения Земли.

Созданная М. С. Молоденским ( См. Молоденский) теория определения Ф. З. в её современномпонимании как фигуры реально существующей физической поверхности Земли, образованной на морях иокеанах невозмущённой поверхностью воды, а на материках и островах – рельефом, свободна от каких быто ни было гипотез о внутреннем строении Земли. В качестве вспомогательной поверхности им введёнквазигеоид, строгое математическое определение которого позволило изучать Ф. З. без привлечения такихгипотез. Задача изучения Ф. З. состоит в определении истинных координат точек земной поверхности, атакже в изучении внешнего гравитационного поля (См. Грав итационное поле)Земли в системе координат,общей для всей Земли. Это составляет предмет и основную научную проблему геодезии, которая решаетсяна основании астрономо-геодезических и гравиметрических измерений и наблюдений за движениемискусственных спутников Земли. Практически фигуру геоида заменяют наиболее близкой к нейповерхностью земного эллипсоида. В СССР в геодезических и картографических работах принят Красовского эллипсоид.

Поле силы тяжести и его значение для географической оболочки

Сила тяжести — равнодействующая притяжения массы Земли и центробежной силы от вращения планеты. В экваториальных широтах она равна в среднем 978 галл, а в полярных возрастает до 983 галл, что связано как с фигурой Земли, так и с уменьшением с широтой центробежной силы.

О значении силы тяжести для географической оболочки выше говорилось в разных аспектах. Обобщим это, поскольку гравитационное поле Земли для ее природы имеет чрезвычайно важное значение.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ЗЕМЛИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Цель работы заключается в попытке понять, как эти поля способствовали возникновению жизни и как в настоящее время обеспечивают не только её существование, но и позволяют применить их человеком на практике.

Эта цель определила и задачи, которые было необходимо решить для её достижения:

Необходимо было выяснить физическую природу этих полей: как соответствующие физические законы определяют условия существования прежде всего человека в них, а также связь между характеристиками полей и тел, находящихся в них;

Выяснить, как отдельные проявления или свойства полей способствовали возникновению жизни на Земле и используются человеком.

Актуальность темы представляется в том, что чаще стали появляться материалы по этой тематике в средствах массовой информации, в научно-познавательных передачах по телевидению, и эта тема может оказаться интересной на проводимой конференции школьников.

Структура работы. Работа состоит из настоящего введения, трёх частей и заключения. В каждой части есть попытки решить обе задачи. В работе приведён список использованных источников информации.

Первая часть, самая большая, посвящена гравитационному полю Земли, вторая – её магнитному, а третья – электрическому, которое, как оказалось, тоже создаёт Земля.

Объект исследования: физические поля Земли.

Предмет исследования: описание полей и проявление их для человека.

Гипотеза: совокупность физических полей, существующих на Земле, является благоприятствующим фактором в возникновении и развитии жизни на ней.

Методы исследования: теоретические и экспериментальные.

Часть I. Гравитационное поле Земли, его проявление

и использование

Закон гравитации Ньютона

Все материальные объекты притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс, и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Силы лежат на одной прямой, соединяющей центры масс этих тел, и направлены навстречу друг другу.

Ньютон установил, что два тела, которые во много раз меньше их расстояния, притягиваются друг к другу по такому закону:

Где G - гравитационная постоянная; m1 и m2 - массы тел; r - расстояния между центрами.

Закон всемирного тяготения можно применять, если:

- тела являются материальными точками,

- тела являются однородными шарами или обладают симметричным распределением массы относительно центра тела.

Рассчитаем, например, силу, с которой Земля притягивает Луну.

Рис.1.1 Расстояние от Земли до Луны

Закон гравитации для Земли и Луны будет иметь вид:

где Мз = 6 10 24 кг – масса Земли;

Мл = 7,35 10 22 кг – масса Луны;

Rз = 6,4 10 6 м – радиус Земли;

Rл = 1,737 10 6 м – радиус Луны;

Rлз = 3,844 10 8 м – расстояние от Земли до Луны.

Подставив численные значения, получим:

Оценим и сравним эту силу с весом самого большого объекта, например, самого большого корабля. Такими кораблями являются танкеры. Самые большие танкеры имеют длину более 350 метров и массу более 400000 тонн.

Вес такого корабля:

Сравним эту силу с силой притяжения Земли и Луны:

Получается, что сила притяжения Землёй Луны в 50·10 9 раз больше веса танкера.

1.2 Атмосферное давление

Проявление гравитации относится не только к телам (машина, человек, разные предметы), но и к мелким частицам (молекулы, атомы газовой среды атмосферы). Эти частицы тоже находятся в поле действия силы тяжести планеты Земля и поэтому притягиваются и, можно сказать, что благодаря этому атмосфера лежит на поверхности Земли и, тем самым, – давит на неё.

Это давление мы называем атмосферным. Т.к. мы знаем чему равно атмосферное давление (Р = 1,013 · Н/м 2 ) , мы можем даже посчитать, сколько весит атмосфера и какова её масса. Из физики известно, что любое тело, если оно лежит на горизонтальной поверхности и давит на неё, то сила, с которой давит это тело, это и есть его вес. Т. к. в этом случае связь между этими величинами можно записать:

где m – масса атмосферы,

g – ускорение свободного падения,

S = 4∏ – площадь поверхности Земли,

Откуда масса атмосферы:

Известно, что по мере подъёма в атмосфере по высоте давление будет уменьшаться, т.е. плотность атмосферы с высотой будет меньше. И с помощью спутников фиксируется присутствие атмосферы (при очень малых плотностях) даже на высоте до сотни километров.

Подсчитаем, какой толщины h был бы весь слой атмосферы (гипотетически), если бы её плотность, была бы по всей высоте такой же, как и у поверхности Земли.

Нормальное атмосферное давление = 760 мм. рт .ст. = 1,013 · , то масса столба воздуха, приходящаяся на площадь один квадратный метр (S=1 м 2 ) будет в соответствии с (5):

Очевидно, зная, что плотность воздуха у поверхности Земли , то (7)

Тогда высота (толщина) всего слоя атмосферы h составила бы почти 8 километров:

Рис.1.2 Воздушная масса

Вспомним, что высота самых высоких гор – Гималаев,- больше 8850 м. и на вершине горы Джомолунгма (Эверест) альпинисты измерили давление, оно на этой высоте равно примерно 300 мм. рт. ст. Просто можно восхищаться мужеством этих людей, которые покорили Эверест, высота которого более 8 километров; температура -60 градусов Цельсия, ветер постоянно до 60-100 км/час, давление около трети атмосферы, космическое излучение в 10-30 раз больше чем естественный радиационный фон на поверхности Земли. Где человек в таких условиях постоянно жить не может. Из этого следует, что человек может жить, трудиться только в достаточно узком диапазоне характеристик среды (температура окружающей среды, состав воздуха, давление и др.)

Все эти условия обеспечиваются всеми законами природы только в сравнительно тонком слое атмосферы на Земле, толщине всего в 2-3 километра. И вот этот слой Вернадский назвал сначала биосферой, а потом – ноосферой.

1.3 Конвекция

Конвекция - самопроизвольное возникновение движения элементов жидкой или газовой среды при их нагревании в поле силы тяжести.

Рассмотрим явление конвекции на следующем примере.

Батарея нагревает воздух, воздух нагревается, расширяется, становится легче (уменьшается его плотность), и он в среде не нагретого воздуха поднимается вверх (т.е. против направления силы тяжести) освобождая прежде занятое пространство рядом с батареей для прихода новых порций не нагретого воздуха, который, нагреваясь, уносит вверх очередную порцию нагретого воздуха.

Рис.1.3 Конвекция в помещении

1.4 Проявление силы тяжести для человека

Сила тяжести обеспечивает соприкосновение ВСЕХ объектов с опорой. Если эта опора – поверхность земли, то за счёт давления тела на поверхность земли при попытке переместить это тело будет возникать сила трения. Если этот объект – сам человек, то, благодаря силе трения между подошвами обуви, он, передвигая ноги, может перемещаться в пространстве вдоль поверхности земли.

Таким образом, полезное проявление силы тяжести для человека – это возможность более свободного перемещения его по поверхности планеты Земля за счет трения.

Если объект – автомобиль, то (благодаря силе тяжести) вращающиеся колёса на участке их соприкосновения с землёй, за счёт трения остаются неподвижными относительно земли, перемещая именно благодаря этому весь автомобиль.

В отсутствии контакта с опорой колёс (Рис. 1.4), их вращение не вызывает движения автомобиля.

Рис.1.4 Автомобиль на ниточке

Пример: Если мы возьмём детскую игрушку – заводной автомобильчик, заведём его моторчик и уберём его с поверхности стола, подвесив его на штативе на нити, (лишим его соприкосновения с опорой), то, несмотря на вращающиеся колёса, он перемещаться не сможет.

Подобный результат был бы и в том случае, если настоящий автомобиль оказался бы на очень гладком льду, где сила трения очень мала, или если бы он был подвешен на тросе, и у колёс не было бы контакта с поверхностью земли. Автомобиль бы мог двигаться, в первом случае, только с очень малым ускорением. (Не будем рассматривать вопрос о движении самолётов в воздухе, т.к. мы в 8 классе это не рассматривали).

1.5 Основная причина ограничений в высоте организмов

Из своих наблюдений, на уроках биологии, при описании конкретных видов животных или растений практически всегда указываются их размеры, точнее, возможный диапазон их размеров. Мне кажется, что и это обстоятельство также можно связать с проявлением силы тяготения, или, как мы привыкли говорить, силой тяжести.

Рассмотрим на примере обыкновенных деревьев. Некоторые деревья, например, секвойя, эвкалипт, одни из самых высоких деревьев, могут достигать высоты до сотни метров. И одновременно сообщается, что у них древесина плотная и прочная. Наверное, именно с прочностью стволов деревьев и связаны ограничения как по высоте, так по размерам деревьев (например – баобаб). Причина ограничений по высоте в свойствах прочности самой опоры (стволы – у деревьев, кости конечностей животных элементов организмов).

Масса (m) тела (дерева) как и любого другого материального объекта пропорциональна его объёму (v): m=pv ; v= a·b·h. При пропорциональном увеличении всех линейных размеров, например, в 2 раза, объём увеличивается в 8 раз, а площадь сечения опоры (ствола) увеличивается только в 4 раза, и тогда на единицу площади опоры сила веса увеличиться в 2 раза. Это иллюстрирует пример с кубиками на рис.1.5.

Рис.1.5 Пропорциональное увеличение

На рисунке 1.5 представлены два кубика: первый кубик с ребром в одну единицу, второй – с ребром в две единицы (состоящий из восьми малых кубиков). Можно непосредственно видеть, что каждый из нижних кубиков правого кубика давит на опору с силой в два раза большей, чем малый кубик на рисунке, который слева. То же можно утверждать для тел любой формы, если представить себе два тела, все размеры которых отличаются в одно и тоже число раз. Вывод, с увеличением размера объекта увеличивается тяжесть всего объекта, действующая на единицу площади опоры. А у любого материала опоры (дерево у деревьев, кости конечностей у животных и у человека (ноги) имеют ограниченную прочность). Поэтому можно предположить, что всё живое на Земле (в первую очередь – растения, животные и человек, разумеется) в процессе эволюции достигли максимально возможного размера. Только отдельные люди, единицы на всей Земле из 4-ох миллиардов жителей Земли, достигли 2,5 метра. Представляется возможным, что существование гигантов - людей на Земле в исторически отдельные эпохи не имеют под собой никакого физического подтверждения.

На суше самое крупное животное – слон, а в водной среде, где нет необходимости в опоре – кит. На основе этих рассуждений становится понятным, почему кит может быть массивней слона: слон весит примерно 3 тонны, а кит примерно 30 тонн.

Часть 2: МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ.

2.1 Происхождение и структура магнитного поля Земли

Причины, вызывающие существование магнитного поля Земли, имеют чисто земное происхождение, обусловленное наличием, как считают учёные, железного ядра у планеты Земля. И это ядро, в силу ряда причин, например, вращения Земли, потока заряженных частиц от Солнца и их взаимодействия от этого и возникло магнитное поле планеты Земля. Заряженные частицы это протоны, заряженные положительно, и отрицательные электроны.

Рис.2.1 Магнитное поле Земли

Рис.2.2 Траектория частиц

Заряженные частицы, двигаясь по такой траектории, напоминают как бы текущий электрический ток по катушке. А нам известно, что в этом случае этот ток вызывает появление магнитного поля у катушки. И в опыте в школе такая катушка притягивает железные предметы. Так происходит и на границе магнитного поля Земли – оно изменяется, его форма деформируется и оно становится несимметричным, а таким как на рисунке 2.1. и в результате остальной поток частиц как бы отклоняется в сторону от Земли, обтекая магнитное поле Земли.

2. 3 Проявления магнитного поля и его особенности

2. Как считают орнитологи, у перелётных птиц есть, возможно, своеобразное ощущение направления магнитного поля, которое позволяет им ориентироваться при перелётах.

, где L =150000000 км, а с =300000 км/сек (9)

Подсчитаем ориентировочно скорость частиц солнечного ветра

где L = 150000000 км, а t = 172800 сек

Эти частицы, попадая в магнитосферу Земли и двигаясь по траектории, как показано на рисунке 2.2. при своём движении уже в магнитосфере Земли, приближаются близко к Земле в приполярных областях, у полюсов, где атмосфера уже заметно плотная, молекулы азота и кислорода находятся близко друг к другу. Протоны и электроны солнечного ветра сталкиваются с ними и мы видим полярное сияние.

На Земле в то время колебание, дрожание магнитного поля, продолжающееся в течении магнитной бури (сутки или более) приводит к ухудшению самочувствия некоторых людей. Их называют метеозависимыми. Можно сказать, что только благодаря наличию магнитного поля Земли, таких людей все-таки мало. Магнитное поле защищает людей и всё живое от губительных потоков космических частиц и солнечного ветра. Пример: жизнь на Марсе невозможна из-за радиации, чтобы избавиться от неё нужно зарыться на 4 метра в грунт.

Часть 3: Электрическое поле Земли

Происхождение электрического поля Земли

Электрическое поле Земли учёные заметили еще в 19 веке, оказалось, что Земля заряжена отрицательно. Сначала этому не было объяснения. Потом было дано более строгое объяснение этому обстоятельству. Основной причиной наличия у Земли магнитного поля является факт магнитного поля Земли. Из рисунков 2.1 и 2.2 где изображен солнечный ветер, структура магнитное поле Земли, движение захваченных частиц летящих от Солнца и их движение в магнитном поле Земли следует, что более лёгкие частицы легче захватываются магнитным полем Земли и остаются в этом магнитном поле. И так этот процесс начался с самого начала, т.е. с появлением магнитного поля Земли.

Можно представить, как происходил этот процесс:

Сначала Земля не имела заряда. Затем, когда появилось магнитное поле, более лёгкие частицы электроны захватывались и оставались в магнитном поле Земли, потом распределялись по всему пространству, где существует это магнитное поле. Так электроны оказались на самой Земле. При этом сама земля стала приобретать отрицательный заряд. Казалось бы, это должно продолжаться очень долго. Тогда на летящие от солнца частицы стали бы действовать две силы. С одной стороны это захватывающая роль магнитного поля, которое захватывало более лёгкие частицы, а с другой сама Земля. Имея отрицательный заряд в соответствии с законом Кулона Земля, отталкивала от себя электроны, а протоны притягивать. И в конце концов установилось бы равновесие. Но благодаря магнитному полю на Земле поддерживается избыточный отрицательный заряд и он сохраняется до тех пор, пока оно будет существовать.

Рис.3.1 Электрическое поле

В одном из разделов биологии, биохимия (химия органических соединений) было замечено еще в 19 веке, что в живом мире органические вещества имеют форму молекулы, так называемой левой формы из рис 2.3 видно что правая и левая форма отличаются друг от друга. При разных поворотах они просто совпадать не могут. То явление, наблюдение которое сделали биологи в органическом живом мире. Оказалось, преобладают левые формы. Это можно объяснить тем, что живые существа возникали в той комбинации электрического и магнитного полей, которое было на Земле, когда возникала жизнь, уже было магнитное и электрическое поле. Можно обратить внимание так как жизнь возникла на поверхности (мировом океане), то есть в том пространстве и среде в которых одновременно существовали и магнитное и электрическое поле причем можно обратить внимание что эти поля (линии) если сопоставить поля 2.1 и 3.2 и 3.1 то у поверхности Земли эти поля особенно в экваториальной части (в тёплых морях где возникла жизнь) два поля перпендикулярны друг другу, а как я узнал из учебника химии что молекулы соединяются с помощью валентных электронов и при соединении и образовании молекул эти электроны двигаясь одновременно в электрическом и магнитном поле на них действует сила Лоренца которая заставляет их двигаться от магнитного поля что мы рассмотрели во второй части также заставляет двигаться и при образовании новых молекул т.е. сила Лоренца (это даже учат в школе) присутствует и действует правило левой руки и вот в результате такого движения электронов в первую очередь в моменты образования искусственных молекул, которые дали жизнь. Именно таким образом сила Лоренца проявилась и поэтому органический мир органических молекул левой формы преобладает над количеством молекул правой формы. Как видим электрическое поле Земли уже на этапе возникновения жизни, повлияло на формы самой жизни.

Рис.3.2 Электрическое поле относительно магнитного поля

Заключение

В работе были рассмотрены проявления тех физических полей, которые имеет планета Земля в основном на живые существа и на человека в том числе, живущих на планете Земля.

1)Происхождение и проявление для всего живого эффектов гравитации, проявление силы тяжести на всё живое на планете Земля.

2)Также было рассмотрено происхождение магнитного поля Земли и рассмотрена главная функция Земли - защитная. В отсутствии магнитного поля Земля так бы и не обрела жизнь.

3)Электрическое поле проявило себя в том плане, что в органическом мире, преобладают молекулы левых форм, которые приобрели преимущество перед молекулами правой формы.

Литература

Аксенов Г.П. Вернадский. - М.: Соратник, 1994.(серия избранных биографий)

Казимировский Э.С. Планета в космической плазме. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

Мизун Ю.Г., Хаснулин В.И. Наше здоровье и магнитные бури. - М.: Знание, 1991.(Нар. ун-т. Естественнонаучный фак.)

Физические поля Земли
Вокруг земного шара помимо гидросферы и атмосферы сконцентрированы еще физические поля. Так называются особые формы материи, отличные от твердых, жидких и газообразных тел, но объединенные свойством создавать условия для взаимодействия на расстоянии источника поля и какого-либо объекта (например, частицы тела, жидкости или газа). Естественно, что эти взаимодействия передаются с некоторой конечной скоростью. Земля имеет два физических поля: гравитационное и магнитное.

Работа состоит из 1 файл

Физические поля Земли.docx

Физические поля Земли

Вокруг земного шара помимо гидросферы и атмосферы сконцентрированы еще физические поля. Так называются особые формы материи, отличные от твердых, жидких и газообразных тел, но объединенные свойством создавать условия для взаимодействия на расстоянии источника поля и какого-либо объекта (например, частицы тела, жидкости или газа). Естественно, что эти взаимодействия передаются с некоторой конечной скоростью. Земля имеет два физических поля: гравитационное и магнитное. Гравитационное поле Земли подчиняется закону всемирного тяготения, который был установлен Ньютоном в 1747 году и выражает всеобщее свойство материи, состоящее в том, что сила взаимного притяжения двух материальных точек пропорциональна произведению масс этих точек, деленному на квадрат расстояния между ними. Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Одним из самых удивительных свойств гравитационного поля является его всепроницаемость: отгородиться от его воздействия невозможно; оно действует на любой материальный объект и проникает через любой экран. Другим свойством гравитационного поля является то, что его действие, непрерывно убывая, простирается практически на неограниченные расстояния.

Наличие у Земли гравитационного поля является одним из необходимейших условий существования жизни не ней: оно удерживает атмосферу и Мировой океан от их рассеяния в космосе; оно притягивает к поверхности Земли людей, животных и все другие материальные объекты; оно направляет течение рек и создает на поверхности водоемов выталкивающие (архимедовы) силы, удерживающие на ней суда и т.п. Помимо гравитационного поля у Земли есть еще одно поле - магнитное. По сравнению с гравитационным полем оно является достаточно слабым: его средняя величина составляет всего 0,5 эрстеда, в то время как величина поля, создаваемого обычным школьным демонстрационным магнитом, доходит до нескольких десятков эрстед.

Геомагнитное поле похоже на дипольное. Так называется поле магнита, у которого полюсы находятся очень близко друг к другу. Если диполь находится в центре шара, то магнитное поле на его поверхности имеет полюса, расположенные в диаметрально противоположных точках. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Магнитная ось нашей планеты наклонена к оси ее вращения на 11,5 о . Магнитный полюс в Северном полушарии находится около берегов Северной Америки (71 о с.ш., 96 о з.д.), а полюс в Южном полушарии - около берегов Антарктики (70 о ю.ш., 150 о в.д.). Таким образом, магнитные полюса Земли не находятся в диаметрально противоположных точках земного шара, а магнитная ось не только не совпадает с осью вращения Земли, но и не проходит через ее центр. Величина геомагнитного поля на полюсах примерно в два раза больше, чем на экваторе, причем величина поля в Северном полушарии несколько больше, чем в Южном.

Действие магнитных сил в околоземном пространстве и на доступных глубинах внутри Земли обнаруживается: моментом сил, приложенным к свободно подвешенным магнитным стрелкам; электродвижущей силой (эдс), индуцируемой во вращающихся витках проводника; отклоняющим действием, испытываемым заряженными частицами космического излучения; эффектом поляризации радиоволн и др.

Различают два вида источников геомагнитного поля: внутренние и внешние. Первые расположены внутри планеты, вторые - вне ее. Первые создают достаточно постоянное магнитное поле, имеющее небольшие вековые вариации, вторые - намного более слабое, но зато переменное магнитное поле. Поле, создаваемое внутренними источниками, называется главным, а поле, создаваемое внешними источниками, - переменным. Природа и происхождение этих полей различны, но между ними существует глубокая взаимосвязь. Главное магнитное поле Земли характеризуется напряженностью, которую в первом приближении можно считать распределенной аналогично напряженности однородно намагниченного шара или магнитного диполя. Действительная картина распределения напряженности поля на поверхности Земли очень сложна. Ее представляют специальными картами. Главное геомагнитное поле имеет вековые вариации. Они проявляются, в частности, в том, что магнитный момент Земли уменьшается, а само поле дрейфует к западу со скоростью 0,15 о в год. Очевидно, эти изменения происходят вследствие изменения интенсивности и топологии токовых систем в проводящем ядре Земли, которые и являются источником поля. Из-за вековых вариаций приходится регулярно составлять магнитные карты заново.

Переменное геомагнитное поле характеризуется изменениями, или вариациями, которые различаются по источнику и продолжительности действия. Выделяют: регулярные вариации, магнитные бури и короткопериодические колебания. Регулярные вариации имеют определенную продолжительность. Примером являются солнечно-суточные и лунно-суточные вариации, у которых период равен солнечным и лунным суткам соответственно. Магнитные бури появляются внезапно, а потом долгое время могут отсутствовать. Их продолжительность может составлять от нескольких десятков минут до нескольких часов. Короткопериодические колебания имеют период от десятых долей секунды до нескольких минут. Большинство вариаций геомагнитного поля связано с солнечной деятельностью. Связь эта проявляется по-разному. Например, солнечно-суточные вариации усиливаются в том месте земного шара, где освещенность Солнцем в данное время больше, т.е. днем и летом. Некоторые короткопериодические вариации обнаруживают связь с расположением магнитной оси Земли по отношению к Солнцу. В полярных областях геомагнитное поле никогда не бывает спокойным. Магнитные бури имеют тенденцию к повторению через 27 дней. Бури обнаруживают также 11-летнюю цикличность (совпадающую с цикличностью солнечной активности).

Магнитные возмущения, охватывающие всю Землю, называются мировыми магнитными бурями. Они сопровождаются усилением интенсивности полярных сияний, изменением высоты и плотности ионизированных слоев. Это приводит, в частности, к нарушениям связи на коротких волнах. Мировые магнитные бури часто начинаются внезапно. Обычно это происходит через сутки-двое после вспышки на Солнце. Магнитные бури и некоторые короткопериодические колебания возникают тогда, когда усиливается деятельность Солнца, когда на нем появляются солнечные пятна или вспышки.

Дело в том, что от Солнца к Земле непрерывно летит поток заряженных частиц, или, как говорят, "дует солнечный ветер). Подлетая к Земле, частицы вступают во взаимодействие с магнитным полем Земли: ведь летящая заряженная частица - это электрический ток, а проводник с током отклоняется магнитным полем. Под напором летящих частиц силовые линии геомагнитного поля деформируются, прогибаются, как прогнулись бы под напором настоящего ветра упругие стальные полоски, имеющие форму силовых линий магнитного поля. Со стороны Солнца магнитное поле оказывается сдавленным, с ночной стороны образуется шлейф из вытянутых силовых линий. Длина шлейфа превышает радиус Земли более чем в 80 раз. Силовые линии, образующие шлейф, вибрируют. Человек воспринимает эти вибрации как часть короткопериодических вариаций магнитного поля Земли. Большое количество частиц, особенно наиболее быстрых, улавливается силовыми линиями, т.е. начинает двигаться вдоль них от одного магнитного полюса к другому. Над Землей образуются слои, в которых собирается большое количество прилетевших от Солнца частиц. Эти слои загораживают Землю от новых потоков солнечных частиц, экранируют ее от солнечного излучения. Область локализации геомагнитного поля, обтекаемого солнечным ветром, называется магнитосферой Земли. Магнитосфера имеет внутреннюю и внешнюю области.

Область магнитосферы Земли, которая удерживает в ограниченном объеме заряженные частицы околосолнечной плазмы, называется геомагнитной ловушкой. Последняя образована замкнутыми магнитными силовыми линиями, близкими по форме к силовым линиям магнитного диполя. Она начинается с высот в несколько сотен километров и простирается до границы магнитосферы на дневной стороне Земли в плоскости экватора. Области геомагнитной ловушки, заполненные заряженными частицами (корпускулярным излучением), получили название радиационных поясов Земли. Эти пояса представляют значительную радиационную опасность для космонавтов. Внешняя часть магнитосферы состоит из магнитных силовых линий, "заметаемых" солнечным ветром с дневной стороны на ночную и образующих на ночной стороне так называемый магнитный шлейф. Процессы, происходящие в магнитном шлейфе Земли на ночной стороне, вносят существенную роль в развитии магнитных возмущений и полярных сияний. Однако некоторая доля частиц проходит сквозь магнитосферу в ионосферу* , т.е. в тот слой атмосферы, где много ионизированных, а значит, заряженных частиц. Перемещаясь в магнитном поле Земли, заряженные частицы образуют электрические токи определенного направления. Связанные с этими токами магнитные поля и создают солнечно-суточные вариации. В периоды солнечной активности поток поступающих от Солнца частиц становится более концентрированным. Причем они прорываются в атмосферу нерегулярно, отдельными группами, вызывая резкие кратковременные изменения магнитного поля земного шара. Это и есть магнитные возмущения, или магнитные бури.

Вокруг земного шара помимо гидросферы* и атмосферы* сконцентрированы еще физические поля. Так называются особые формы материи, отличные от твердых, жидких и газообразных тел, но объединенные свойством создавать условия для взаимодействия на расстоянии источника поля и какого-либо объекта (например, частицы тела, жидкости или газа). Естественно, что эти взаимодействияпередаются с некоторой конечной скоростью. Земля имеет два физических поля: гравитационное и магнитное.
Гравитационное поле Земли подчиняется закону всемирного тяготения. Последний был установлен И.Ньютоном в 1747 году и выражает всеобщее свойство материи, состоящее в том, что сила взаимного притяжения двух материальных точек пропорциональна произведению масс этих точек, деленному на квадрат расстояниямежду ними. Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Математически эта сила выражается формулой
G = f*M*m/r2
где G - сила тяготения, f - гравитационная постоянная, f ~ 6,673*10-11 м3с-2кг-1, M - масса источника тяготения, m - масса тяготеющей точки, r - расстояние между источником тяготения и тяготеющей точкой.

Для случая гравитационного поля какого-либо большогонебесного тела (например, Земли) формулу, выражающую закон всемирного тяготения, удобно записывать в виде

F = *m/r2 где - постоянная тяготения рассматриваемого небесного тела, = f M. В частности, для Земли = 3,986*1014 м3c-2, Луны - 4,890*1012 м3c-2, Солнца - 1,321*1020 м3c-2.
Если рассматривается тяготеющая точка, которая находится на поверхности небесного тела (например, Земли), то последнююформулу записывают в виде
F = gm,
где g - ускорение свободно падающей материальной точки, g = /r2. Если вычислить величину g, исходя из среднего значения радиуса Земли r = 6371 км, то найдем, что g = 9,8 м c-2. Эта хорошо известная физическая постоянная, к сожалению, очень часто называется неверно: ускорение свободного падения, ускорение силы тяготения. Но нет понятия "ускорение движения" (например,падения), как нет и понятия "ускорение силы" (например, силы тяготения).
Существенно, что ускорение свободно падающей (т.е. падающей в вакууме) материальной точки зависит от места его определения на поверхности Земли. В каждом конкретном случае эту величину можно найти только экспериментально. Если же необходимо ее вычислить, то можно пользоваться приближенной формулой

g = 9,7805 (1 - h/r)2 (1+ 0,0053 Sin ), где h - высота нахождения точки над поверхностью Земли,
r - расстояние между центром Земли и точкой,
- широта места.
Например, для широты Санкт-Петербурга ( = 60o), для точки, находящейся на поверхности Земли, (h=0) из последней формулы получим g = 9,819 м c-2.
Одним из самых удивительных свойств гравитационного поля является его всепроницаемость: отгородиться от еговоздействия невозможно; оно действует на любой материальный объект и проникает через любой экран. Другим свойством гравитационного поля является то, что его действие, непрерывно убывая, простирается практически на неограниченные расстояния.
Наличие у Земли гравитационного поля является одним из необходимейших условий существования жизни не ней: оно удерживает атмосферу и Мировой океан от их рассеяния в космосе;оно притягивает к поверхности Земли людей, животных и все другие материальные объекты; оно направляет течение рек и создает на поверхности водоемов выталкивающие (архимедовы) силы, удерживающие на ней суда и т.п.
Помимо гравитационного поля у Земли есть еще одно поле - магнитное. По сравнению с гравитационным полем оно является достаточно слабым: его средняя величина составляет всего 0,5 эрстеда, в товремя как величина поля, создаваемого обычным школьным демонстрационным магнитом, доходит до нескольких десятков эрстед.
Геомагнитное* поле похоже на дипольное. Так называется поле магнита, у которого полюсы находятся очень близко друг к другу. Если диполь находится в центре шара, то магнитное поле на его поверхности имеет полюса, расположенные в диаметрально.

Геология как наука, изучающая, прежде всего, нашу планету и ее верхнюю каменную оболочку, не оставляет без внимания и окружающей ильный мир - Вселенную. Это обусловлено тем, что в строении и Земли имеются определенные черты сходства и различия с планетами; некоторые геологические процессы непосредственно связаны с космическими явлениями.

Земля - типичная планета Солнечной системы – характеризуется наличием хорошо развитых внутренних и внешних оболочек.

1.1. Форма и основные параметры Земли

Под фигурой, или формой Земли, понимают форму ее твердого тела, образованную поверхностью материков и дном морей и океанов. Форма планеты определяется ее вращением, соотношением сил притяжения и центробежной силы, плотностью вещества и его распределением в теле

Геодезические измерения показали, что упрощенная фирма Земли приближается к ЭЛЛИПСОИДУ ВРАЩЕНИЯ (СФЕРОИДУ). Полярный радиус Rn 6356,8 км, экваториальный - 6378,2 км, разница между радиусами составляет 21,4 км.

Детальные измерения показали, что Земля имеет более сложную форму. Эта фигура, свойственная только Земле, получила название ГЕОИДА. В любой точке геоида вектор силы тяжести перпендикулярен к его поверхности, которая может быть получена продолжением поверхности Мирового океана под континентами. Именно поверхность геоида принимается за базовую при отсчете высот в топографии, геодезии, маркшейдерии.

Геоид и сфероид не совпадают, и расхождения между положением их поверхностей достигает 160 км (в СССР100 м). По наиболее точным последним данным, установлено, что Земля имеет грушевидную форму (т.е. сердцевидного) трехосного эллипсоида.

Масса Земли составляет 5,977 10 21 т, объем 1,083 млрд.км 3 , площадь 510 млн. км 2 . Средняя плотность Земли равна 5,52 г/см 3 . Установлено, что внешняя , каменная часть земной коры имеет среднюю плотность 2,8 г/см 3 . Таким образом, чтобы общая плотность равнялась 5,52, внутренняя часть Земли должна быть плотнее, чем наружная. Возрастание плотности с глубиной можно объяснить различиями в составе и той огромной силой, с которой внешние части Земли давят на внутренние. Предполагается, что внутренне ядро имеет плотность около 13 г/см 3 ,что, по-видимому соответствует состоянию металлического железа при этом давлении.

1.2. Гравитационное поле Земли

Физические поля, создаваемые планетой в целом и отдельными изолированными телами, определяются совокупностью присущих каждому физическому объекту свойств. Важное значение имеет изучение геофизических полей при исследовании физических свойств горных пород в образцах и массиве. Изучение свойств и интерпретация полученных данных должны базироваться на знании общих и локальных закономерностей строения физических полей Земли.

Огромная масса Земли является причиной существования сил

притяжения, которые воздействуют на вое тела и предметы, находящиеся на ее поверхности. Пространство, в пределах которого проявляются силы притяжения Земли, называется полем силы тяжести или гравитационным полем (лат."гравитас"-тяжесть).Оно отражает характер распределения масс в недрах и тесно связано с фигурой Земли. Для каждой точки земной поверхности характерна своя величина силы тяжести, в центре Земли сила тяжести равна нулю.

Сила тяжести численно равна равнодействующей силы притяжения и центробежной силы Р, действующих на единицу массы вещества

В системе СGS величина силы тяжести выражается в галлах (см/сек В практике часто используются одной тысячной долей гала-миллигалом. Сила тяжести зависит от высотного положения местности, так как при этом изменяется расстояние до

центра Земли. Поэтому измерения силы тяжести принято приводить к одному

уровню, например уровню геоида или эллипсоида. Значение силы тяжести на поверхности Земли возрастает от экватора к полюсам с 978,049 до 963,235 гал. Среднее значение силы тяжести на поверхности геоида 981 гал.

величина силы тяжести зависит не только от высотного положения, но и от географической широты местности. На нее оказывает влияние и неравномерное распределение масс в недрах Земли. По этой причине возникают местные отклонения в значениях силы тяжести от теоретически вычисленных ее значений. Такие отклонения называются гравитационными аномалиями.

Различают положительные и отрицательные гравитационные аномалии. Положительные наблюдаются в том случае, когда в недрах земной коры залегают плотные массы (железные руды); отрицательные вызываются залеганиями легких масс (гипс, калийная соль) .Гравитационные аномалии выявляются с помощью гравиметров, маятниковыми приборами. По результатам измерений составляют гравиметрические карты, на которых с помощью изолиний показываются аномалии силы тяжести в миллигалах.

Изменения силы тяжести могут быть вызваны некоторыми явлениями, известными из астрономии, например замедлением или ускорением вращении Земли вокруг своей оси, изменениями фигуры и плотности Земли.

Читайте также: