Отклонения ветра, океанических течений и рек, отклонения падающих тел, а также видимое отклонение плоскости качания маятника, - все это явления, связь которых с вращением Земли необходимо разъяснить учащимся. Сделать это не всегда легко. Часто чувствуется потребность в соответствующем наглядном пособии и в правильном подходе к объяснению этого сложного явления. Поэтому не будет лишним остановиться, хотя бы немного, на истории вопроса об упомянутых отклонениях и заодно припомнить некоторые из теоретических соображений, без которых нельзя будет дать учащимся правильного объяснения.

Раньше всех причину вышеуказанного отклонения, относящуюся к движущимся частицам воды, указал Маклорен (1698-1746) в своем известном труде о приливах. Им же было высказано предположение, что вращение Земли должно сказываться и на движении воздушных потоков.

В 1835 г. Кориолис опубликовал свою теорему, имеющую для разбираемого нами вопроса исключительное значение. Теорема Кориолиса может быть формулирована следующим образом. "Всякое тело, движущееся горизонтально в каком-нибудь месте Земли, отклоняется относительно линий, неизменно связанных с горизонтом, в северном полушарии вправо, а в южном - влево". (Наблюдатель смотрит в ту сторону, куда движется тело.) Отклонение не зависит от направления движения, т. е. безразлично, куда движется тело - на юг, на север, на восток или иначе как-нибудь. Величина отклонения зависит от географической широты: на полюсах она наибольшая, по мере приближения к экватору она убывает и на экваторе делается равной нулю. (Величина отклонения прямо пропорциональна синусу географической широты.)

В 1857 г. Карл Бэр в "Морском сборнике" поместил свой известный труд: "Почему у наших рек, текущих на север и юг, правый берег высок, а левый низок?"

Применяя к решению этого вопроса теорему Кориолиса, П. И. Броунов показал, что подмывание правых берегов и отхождение русла от старого левого берега должно наблюдаться у всех рек нашего полушария, независимо от направления реки, лишь бы место не лежало на экваторе. Это значит, что не только реки, текущие с севера или с юга, будут подмывать свои правые берега, но то же подмывание будет наблюдаться в нашем полушарии и у рек, текущих на восток, на запад или в каком угодно ином направлении.

Рис.73

Если применить теорему Кориолиса к движению воздуха, то легко получается основной закон ветров, указанный Феррелем и Бюйс-Балло: "Ветер дует из мест, где давление воздуха больше, туда, где давление меньше, отклоняясь в северном полушарии вправо, а в южном - влево". Предполагается, что наблюдатель стоит спиной к ветру.

Для объяснения этих случаев отклонения обычно приводится следующее рассуждение. Земля вращается вокруг оси с запада на восток. Благодаря такому вращению, горизонт любого места, за исключением мест, лежащих на экваторе, поворачивается так, что всякая прямая линия, проведенная на этом горизонте и неизменно связанная с ним, через некоторое время станет под углом относительно своего первоначального направления.

Чтобы учащиеся легче поняли это, можно воспользоваться таким приемом. Вырезают небольшой кружок бумаги и проводят нанем карандашом через центр прямую линию. Эют кружок прикладывают к глобусу где-нибудь недалеко от полюс. чтобы проведенная на кружке линия совпала с направлением меридиана в точке касания.

Вращая глобус от запада к востоку, внимательно следят за тем, как изменяется в пространстве (в комнате) направление черты, прочерченной на "горизонте". Для наглядности можно держать над этой чертой каранднш или палочку в неизменном положении, установив ее в начале опыта вдоль этой линии, тогдп отклонение черты от первоначального направления при повороте глобуса бросится в глаза каждому наблюдателю. В особенности важно проделать такое же наблюдение, наметив на "горизонте" направление с запада на восток ввиду того, что учащиеся обычно очень плохо понимают отклонение этого направления. Помещая кружок ближе к экватору, получают при повороте глобуса меньшие отклонения. На экваторе же линии, намеченные на горизонте и рассматриваемые только в плоскости этого горизонта, смещаясь при повороте глобуса, не будут отклоняться, значит, не будет и вращения горизонта около его центра.

Когда учащиеся усвоят это, разбирается пример с рекой, текущей в любом направлении. Вследствие инерции движения вода будет сохранять направление движения, русло же реки, благодаря вращению горизонта, изменит свое направление в пространстве (берется случай не на экваторе): оно отклонится, и в нашем полушарии правый берег начнет при повороте как бы загораживать течение реки; движущаяся по инерции вода станет подмывать этот берег больше, чем левый.

Такое же рассуждение применяется и для объяснения отклонения ветра. Воздух, несущийся из мест, где давление атмосферы больше. туда, где оно меньше, сохраняет по инерции направление своего первоначального движения. Вследствие вращения горизонта, чего мы не замечаем, все направления на нашем горизонте повернутся около середины горизонта. Мы, не замечая этого, будем говорить, что ветер отклонился, хотя на самом деле отклонились при повороте Земли те прямые линии, которые неизменно связаны с горизонтом, например, полуденная линия, линия, идущая с запада на восток и др. Это "отклонение" ветра в циклонах, антициклонах и пассатах всем хорошо известно.

Для объяснения на уроке этого сложного и очень важного явления мною построен простой прибор, который может вызвать живой интерес к разбираемому явлению (рис. 73).

Заказывается деревянный круг из досок толщиною около 1 см, диаметром 50 см. По его окружности приклеивается или прибивается полоска фанеры толщиной 0,5 см и шириною 4,5 см, образующая невысокую боковую стенку. Концы этой фанерной полоски сращиваются друг с другом и прочно прикрепляются к деревянному кругу. Такой круг будет изображать околополярный горизонт. Весь прибор хорошо шпаклюется и окрашивается белой или светлосерой масляной краской. На верхнюю поверхность круга можно наклеить карту плоскошарий или нарисовать сетку меридианов и параллелей с полюсом в центре круга. Наклеенная карта, например, карта северного полушария, изданная Учпедгизом для плаката "Поясное время", должна быть покрыта светлым масляным лаком для того, чтобы на нее не действовала вода. К этому кругу на колечках привязывают четыре шнура, которые связываются в узел высоко над центром деревянного круга.

Взяв ламповое стекло (длина - 23 см, диаметры отверстий - 3,5 см и 2,5 см), пригоняем хорошую пробку к узкому отверстию стекла. В этой пробке посредине просверливаем сквозное отверстие для прямой стеклянной трубки. Концы стеклянной трубки надо немного оплавить, чтобы они не резали своим острым краем.

Вставим поплотнее стеклянную трубку в просверленную пробку, чтобы часть стеклянной трубочки выступала снаружи пробки; на этот выступающий конец одевается длинная каучуковая трубка - 65 см, наружный диаметр - 7 мм. В другой конец каучуковой трубки вставляется обыкновенный стеклянный наконечник ("фонтанный"), оттянутый и оплавленный. Его размеры - 7,5 см; наружное отверстие около 0,8 мм. Ламповое стекло с трубкой укрепляем между четырьмя веревками над деревянным кругом, как показано на рис. 73. Укрепление производится с помощью двух колец, свитых из проволоки; одно кольцо охватывает веревки и ламповое стекло у широкого отверстия, другое кольцо, поменьше размером, охватывает их несколько ниже - на месте перехода расширенной части лампового стекла в узкую.

Приготовляем еще передвижную деревянную подставку (цилиндрик высотой 10 см и диаметром 6,5 см).

На верхней площадке этой подставки вколачиваем 4 гвоздика без шляпок в местах, указанных кружками на рис. 74. Между гвоздиками укладывается стеклянный наконечник, вставленный в каучуковую трубку. Сверху на гвоздики натягиваются каучуковые колечки (обрезки каучуковой трубки) для того, чтобы наконечник не выскакивал и не двигался на подставке.

Кроме того, надо устроить передвижную стеклянную стенку, - мишень. Берем прозрачное стекло от ненужного негатива (9 x 12) и вставляем его в прорез деревянного брусочка, чтобы стекло устойчиво держалось в вертикальном положении. С задней стороны этого стекла приклеивается (посредине и вертикально) узкая полоска из цветной бумаги шириной 2-3 мм.

Приготовив вышеуказанные части, можно приступить к опыту. Подвесим прибор на веревках (к узлу привязывается крючок, которым зацепляют за петлю на конце веревки, идущей от потолка). Зажимаем пальцами каучуковую трубку и наливаем в ламповое стекло воды.

1. Сначала устанавливаем подставку с наконечником посредине круга. Это место, находящееся на оси вращения прибора, соответствует полюсу Земли. Стеклянную пластинку ставим напротив наконечника ближе к стенке деревянного круга. Направляем теперь струю воды в то место стеклянной пластинки, где за стеклом находится цветная полоска (цель). Если сделать опыт для северного полушария, то на середине круга будет как бы северный полюс, у стенки же круга - места, лежащие к югу. Повернув прибор в направлении, обратном направлению движения часовой стрелки, мы создадим вращение, соответствующее вращению полярного горизонта в северном полушарии. Для южного полушария вращаем прибор "по часовой стрелке". Как только начнется вращение прибора, так сейчас же будет замечено отклонение струи от середины стеклянной пластинки.

Рис.74

2. Если поместить подставку с наконечником у стенки деревянного круга и направить струю "с юга на север" (мишень устанавливается "на севере"), то и в этом случае при вращении прибора будет наблюдаться соответствующее отклонение струи.
3. Струя направляется "с запада на восток", "с востока на запад" или в каком-либо ином направлении, все равно - при вращении прибора струя будет отклоняться от цветной полоски (для северного полушария вправо, для южного - влево).

С этим же самым вращающимся прибором можно иллюстрировать отклонение падающих тел к востоку.

Берем кусок оконного стекла (25 см x 30 см), под это стекло подкладываем рисунок шахты или башни. На этом рисунке следует пунктиром наметить посредине шахты вертикальное направление (рис. 75). Чтобы эта картинка не отпадала, ее можно заделать между стеклом и дощечкой такого же размера, как стекло. Наверху "над шахтой" прилаживается спускной лоток, сделанный из жести. Этот лоток книзу делается уже, с таким расчетом, чтобы какой-нибудь шарик, например, автомобильный, мог выкатиться вниз. Удерживается такой лоток на верхнем крае стекла благодаря загибу жестяной полоски: Внизу к стеклу приклеивается узенькая коробочка, в которую насыпается мелкий песок или кладется вата для того, чтобы шарик не отскакивал.

Рис.75

Прислонив это стекло к стенке прибора, мы создадим таким образом наклонную плоскость, по которой будет скатываться (падать) шарик, положенный наверху в спускной лоток. При неподвижном приборе шарик должен скатываться в песок как раз по намеченной "отвесной" линии. Хорошо для установки поставить на деревянный круг гирю в 1 кг в качестве противовеса. Переставляя гирю, можно легко добиться правильного положения прибора.

Теперь вращаем прибор против часовой стрелки и во время вращения осторожно кладем шарик в лоток. В этом случае шарик скатывается с заметным отклонением "к востоку".

На этом же приборе, убрав ламповое стекло, можно хорошо иллюстрировать известный опыт Фуко с маятником. Для этого над деревянным кругом ,надо повесить маятник такой длины, чтобы грузик доходил бы почти до дна прибора. Привязываем маятник к боковой веревке с помощью очень тонкой нити (следует оставить промежуток между шнуром маятника и веревкой). Создав вращение прибора, поджигаем спичкой нитку. Маятник начнет качаться, не изменяя направления плоскости качания, в то же время линии горизонта под ним будут поворачиваться. Указанная постановка будет соответствовать опыту на полюсе Земли.