Номер 10, страница 111 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

10. В большинстве точек на Земле нить отвеса отклоняется от точного направления на центр Земли. С чем это связано?

Отклонение нити отвеса от точного направления на центр Земли связано с несколькими факторами, но главным из них является суточное вращение Земли вокруг своей оси.

Решение

На тело, например, на груз отвеса, находящееся на поверхности Земли, действуют две силы. Во-первых, это сила гравитационного притяжения ($\vec{F}_g$), которая направлена к центру масс Земли. Если бы Земля была идеальным однородным шаром и не вращалась, нить отвеса всегда бы указывала точно на ее центр. Во-вторых, поскольку Земля вращается, система отсчета, связанная с ее поверхностью, является неинерциальной. В такой системе на все тела действует центробежная сила инерции ($\vec{F}_{цб}$). Эта сила направлена перпендикулярно оси вращения Земли в сторону "от оси". Ее величина зависит от широты местности: она максимальна на экваторе и равна нулю на полюсах.

Нить отвеса устанавливается по направлению равнодействующей этих двух сил, которую называют силой тяжести ($\vec{P}$): $\vec{P} = \vec{F}_g + \vec{F}_{цб}$. Направление этой результирующей силы и есть то, что мы воспринимаем как "вертикаль".

В разных точках Земли ситуация складывается по-разному. На полюсах точка находится на оси вращения, поэтому центробежная сила равна нулю. Сила тяжести совпадает с гравитационной силой, и нить отвеса направлена строго к центру Земли. На экваторе центробежная сила максимальна, но ее вектор направлен строго противоположно вектору гравитационной силы. Оба вектора лежат на одной прямой, проходящей через центр Земли, поэтому их равнодействующая также направлена к центру. На средних широтах, то есть в большинстве точек на планете, вектор гравитационной силы $\vec{F}_g$ направлен к центру Земли, а вектор центробежной силы $\vec{F}_{цб}$ — перпендикулярно оси вращения. Векторное сложение этих двух сил дает равнодействующую $\vec{P}$, которая отклонена от направления на центр Земли в сторону экватора. Именно по направлению этой силы и выравнивается нить отвеса.

Стоит также упомянуть и другие, менее значительные факторы. К ним относятся несферичность Земли (наша планета является не шаром, а геоидом, сплюснутым у полюсов) и наличие локальных гравитационных аномалий (неоднородность земной коры, например, горы или залежи плотных руд, локально изменяют гравитационное поле). Эти факторы также вносят свой вклад в отклонение отвеса.

Ответ: Отклонение нити отвеса от направления на центр Земли вызвано в первую очередь суточным вращением планеты. Из-за вращения на груз отвеса действует центробежная сила инерции, которая, складываясь с гравитационной силой, отклоняет результирующую силу тяжести (и, соответственно, нить отвеса) от направления на центр Земли. Дополнительный вклад вносят несферичность формы Земли и локальные гравитационные аномалии.