Как Земля может вращаться с жидким ядром? - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
40 голосов
/

В отношении того, что «сохранение момента импульса» является объяснением того, почему небесные объекты вращаются ...

Если вы наполните шарик или любой другой контейнер жидкостью и попытаетесь его раскрутить, вы не увидите больше 5 или 6 оборотов из-за потерь жидкости на трение внутри контейнера.

Впервые я обнаружил это во время обеда в начальной школе, когда попытался раскрутить свою коробку с молоком, подбрасывая ее в воздух, одновременно выполняя «вращение». В лучшем случае я мог получить только 3 вращения. Этот же принцип можно увидеть, когда вы раскручиваете сырое яйцо и яйцо вкрутую на столешнице. Приготовленное «твердое» яйцо будет крутиться, а сырое - нет.

Из-за моего раннего опыта с молочными коробками и яйцами где-то за прошедшие годы мне было трудно поверить в некоторые из принятых «фактов» о нашей планете:

Итак, вот мой вопрос: Если возраст Земли 4,5 миллиарда лет, как она может свободно вращаться в космосе с жидким или полужидким ядром в течение этого промежутка времени?

Объедините эффекты жидкого ядра с эффектами жидких океанов и газообразной атмосферы, которые создают сопротивление вращению, эти потери на трение давно бы остановили любое вращение.

Если бы у земли было твердое ядро, я бы это понял ...

Если бы Земле было меньше 4,5 миллиардов лет, я бы это понял ...

Но учитывая принятый возраст 4,5 миллиарда лет с жидким ядром и жидкой внешней оболочкой, я говорю, что где-то в мази есть муха!

Ответы [ 6 ]

56 голосов
/

Ваша интуиция о вращающихся жидкостях неверна по нескольким причинам.

  1. Момент импульса сохраняется, поэтому изолированная система любой формы будет продолжать вращаться, если у него нет способа передать этот импульс в другом месте. Если бы вы вращали яйцо, левитирующее в вакууме, оно вращалось бы навсегда.

  2. Чем больше неровностей, недостатков или несферических элементов в вашем контейнере чем быстрее он может передать угловой момент жидкости к контейнер, а затем из контейнера в окружающую среду. Земля имеет эти особенности, но они очень крошечные по сравнению с общим (сферическим и гладким) размером планеты.

  3. Большинство контейнеров, которые вы развернули, вероятно, вызвали ваш мозг переоценить количество углового момента, который они имеют при вращении их, потому что вы не получаете всю жидкость вращается. Когда ты поверните контейнер, импульс передается от интерфейса между жидкостью и контейнером довольно неэффективно. Занимает много оборотов, чтобы получить все "на скорости". Земля, помимо того, что она «набирает скорость» с самого начала, будучи консолидированной из уже вращающегося объема пыли и газа, также вращается изолированно, согласно # 1 выше.

Экспозиция Exploratorium в Сан-Франциско демонстрирует великолепную демонстрацию вращения жидкости в сферическом контейнере, называемом Турбулентный шар :

Turbulent Orb (looks like a gas giant planet encased in a glass sphere)

Их описание:

Турбулентная сфера - это большая поликарбонатная сфера, наполненная специальной цветной жидкостью для визуализации потока. Сфера установлена ​​на вершине пьедестала и может вращаться в любом направлении и на разных скоростях. Жидкость в сфере показывает вихри и волны внутренних движений жидкости, вызванных действиями посетителей. Турбулентность жидкости в сфере напоминает турбулентные потоки, возникающие в атмосферах планет. Эта выставка демонстрирует сложности движения жидкости, которые могут быть вызваны очень простыми обстоятельствами.

Мой собственный опыт игры с экспонатом заключается в том, что вы должны вращать внешнюю сферу вокруг десятков оборотов, прежде чем вся жидкость в ней будет двигаться равномерно. Как только вы это сделаете, жидкость внутри него продолжит вращаться в течение довольно долгого времени. Поскольку жидкость имеет перламутровую добавку, вы даже можете найти доказательства того, что центральная часть жидкости продолжает вращаться быстрее, чем внешняя жидкость (которая замедляется быстрее из-за трения с неподвижной оболочкой). Если вы сначала вращаете шар в одном направлении, а затем позволяете внешней жидкости немного замедлиться, а затем вращаете его в противоположном направлении, вы увидите форму вихрей с осями, касательными к внешней сфере. Вы не получите этот эффект, если начнете вращать его, когда жидкость неподвижна.

13 голосов
/

По сравнению с сырыми яйцами и коробками с молоком, предметы (и жидкость) внутри уже находятся в покое, и вы прикладываете энергию для их вращения. Однако вся земля уже вращается со сравнительно небольшими внешними моментами, пытаясь замедлить ее. Возвращаясь к вашему примеру, как только вы заставите яйца вращаться и попытаться остановить их, они будут продолжать вращаться, поскольку жидкость внутри уже вращается, а вы пытаетесь противодействовать ее движению. Сохранение импульса применяется как к неподвижным, так и к вращающимся объектам (т. Е. Для изменения их углового момента требуется внешний крутящий момент).

8 голосов
/

Ядро земля твердая !!! !!!!

core of the earth

И еще один

core2

Корки

Корка - это тонкий, прочный, самый внешний слой Земли. Самая тонкая кора под океанами, в среднем толщиной всего 5 километров, и самая толстая под большими горными хребтами. Континентальная кора (конечно, кора, составляющая материки!) Имеет гораздо более изменчивую толщину, но в среднем составляет около 30-35 км. Под крупными горными хребтами, такими как Гималаи или Сьерра-Невада, кора достигает толщины до 100 км.

Мантия

Слой под коркой - мантия. Мантия содержит больше железа и магния, чем кора, что делает ее более плотной. Самая верхняя часть мантии твердая и вместе с корой образует литосферу. Скалистая литосфера хрупкая и может разрушаться. Это зона, где происходят землетрясения. Это литосфера, которая разбивается на толстые, движущиеся плиты камня, которые геолог называет тектоническими плитами.

Когда мы спускаемся в Землю, температура поднимается, и мы достигаем частично расплавленной мантии, астеносферы. Когда камень нагревается, он становится податливым или «пластичным». Камень здесь достаточно горячий, чтобы складываться, растягиваться, сжиматься и течь очень медленно без разрушения. Подумайте о поведении Silly Putty®, и у вас есть общее представление. Плиты, составленные из относительно легкой, твердой породы литосферы, фактически «плавают» в более плотной, текущей астеносфере!

Core

В центре Земли лежит сверхплотное ядро. С диаметром 3486 километров, ядро ​​больше, чем планета Марс! Ядро Земли состоит из двух отдельных слоев: жидкого внешнего слоя и твердого внутреннего ядра. В отличие от внешних слоев Земли со скальными композициями, ядро ​​состоит из металлического железо-никелевого сплава. Трудно представить, но ядро ​​примерно в 5 раз плотнее, чем камень, по которому мы идем по поверхности!

Таким образом, это не простая проблема, за исключением того, что если предположить, что Земля может рассматриваться как изолированное тело, общий угловой момент, жидкости плюс твердые вещества, должен быть сохранен. Если это не так, то это должно быть из-за гравитационных взаимодействий с внешними телами.

8 голосов
/

На самом деле сейсмические данные показывают, что жидкое ядро ​​Земли вращается немного быстрее, чем кора * . Вероятно, это связано с тем, что приливы с Луной, замедляющие вращение, действуют на поверхность сильнее, чем на ядро.

Юпитер, другие газовые планеты-гиганты и Солнце все полностью текучие, примерно того же возраста, что и Земля, и вращаются. Планеты газового гиганта вращаются быстрее, чем Земля; например, день Юпитера составляет около десяти часов. Период вращения Солнца составляет около месяца, но Солнце огромно.

Боюсь, что интуиция, которую вы развили, вращая несферические объекты на не вращающихся кухонных столах, не подходит для равномерно вращающихся объектов в вакууме.

4 голосов
/

Ваш эксперимент с яйцами не совсем точно представляет планету с жидким ядром.

Когда вы бросаете яйцо во время вращения, вы действительно вращаете только оболочку. Он также будет тянуть вместе с собой некоторую жидкость через трение, но не всю и не с той же скоростью. Поэтому, когда вы отпускаете, оболочка вращается быстро, часть жидкости вращается медленно, а часть не вращается вообще. Части, которые не вращаются, замедляют вращающиеся части, и поэтому он не вращается так быстро.

Кстати, яйца в действительности не являются свободно текучей жидкостью внутри. Яйцо довольно вязкое, кроме того, есть твердые структуры, которые фиксируют желток на месте:

enter image description here

Чтобы правильно провести этот эксперимент, вы должны сначала наполнить бутылку водой, а затем закрутить бутылку в руке, чтобы вода образовала вихрь. Как только это произойдет, вы немедленно бросаете, давая бутылке вращение с той же скоростью, что и вода.

Еще более простой системой была бы сфера, разделенная на две половины и соединенная свободно вращающейся осью, которая имеет некоторое трение. Например, представьте, что две половинки сделаны из дерева, а ось из металла.

enter image description here

Вы бы схватили одну из половинок и попытались бы бросить ее, пока она вращалась. Вы увидите, что когда он покидает ваши руки, нижняя часть начинает замедляться по мере того, как максимальная скорость ускоряется (в зависимости от того, сколько трения в оси).

Чтобы правильно провести эксперимент с яйцом, вам нужно будет поместить яйцо в какое-нибудь устройство, которое может вращать его в течение нескольких минут, достаточно долго, чтобы жидкость внутри соответствовала вращению скорлупы. Если вы бросите его тогда, вы увидите, что яйцо вращается намного лучше (и вы даже можете почувствовать вращение жидкости, когда держите яйцо).

Что касается Земли, то она продолжает вращаться, несмотря на то, что имеет расплавленное ядро, потому что каждая молекула в жидкости имеет свой собственный угловой момент вокруг центра масс, поэтому ни одна из них не проталкивается мимо друг друга. Ну, некоторые из них, но в целом, большинство молекул хотят двигаться с примерно одинаковой скоростью вокруг примерно одного и того же семейства орбит, в отличие от поверхности, которая хочет двигаться, и молекул жидкости, которые хотят оставаться на месте.

0 голосов
/

Земля на самом деле замедляется, это было 22 часа, 370 миллионов лет назад. Если вы останетесь здесь достаточно долго, у нас будет 48 часов. конец солнца находится всего в 5 миллиардах лет. он станет красным карликом и поглотит землю через несколько миллиардов лет.

Почему Земля замедляется, это другой вопрос. Возможно, луна гасит вращение. Некоторые источники говорят, что Земля ускоряется и замедляется с перерывами в краткосрочной перспективе с общей тенденцией к замедлению.

как насчет ликвидности? Лава вязкая при поверхностном давлении и более липкая, чем сироп. центр - это железо, возможно, золото и платина, и иридий, но он находится под давлением, там проводятся исследования материалов под этим давлением. на Земле также происходит активная генерация ядерной энергии, но это сила с приблизительно осевой / центральной симметрией.

Если вы поместите лаву под давлением в несколько килотонн, ее вязкость изменится. станет ли он более или менее жидким, это тоже другой вопрос.

    AN INTERPRETATION OF CHANGE IN THE LENGTH OF THE DAY
                     (from  24 Million Years)
  ______________________________________________________________

     Time Range           Spin Rate Shift       Increase of Day
  ________________   ________________________   ________________

  24 million years   - 0.0015 seconds/century    + 6.0 minutes


         INDICATED INCREASE IN THE LENGTH OF THE DAY
             (As Estimated from Ancient Eclipses)
  _________________________________________________________

    Time Range         Spin Rate Shift      Increase in Day
  _____________   ________________________  _______________

  From 2000 BCE   - 0.0018 seconds/century  + 0.07 seconds

продолжительность синодических (лунных) месяцев также изменяется от 29,53 дней текущего среднего значения, которое они могут видеть по окаменелостям миллионов лет назад, продолжительности синодического месяца.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...