В новом выпуске программы StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Нисс разбирают природу одного из самых загадочных физических явлений — эффекта Кориолиса. Учёный объясняет, почему эта «фиктивная» сила определяет направление ураганов, влияет на запуски ракет и даже может решить исход футбольного матча в дополнительное время.
🌀 Природа «фиктивной» силы Кориолиса 1:04
Нил Деграсс Тайсон начинает с важного методологического уточнения: сила Кориолиса официально классифицируется как «фиктивная» . Это не сила в традиционном понимании (как гравитация или электромагнетизм), а инерционный эффект, возникающий во вращающейся системе отсчета.
Для наглядности Тайсон предлагает провести эксперимент с вращающимся проигрывателем (используя скорость 33⅓ оборота в минуту):
- Если вы попытаетесь провести мелом прямую линию от края диска к центру (шпинделю), пока он вращается, результат вас удивит .
- После остановки диска на нем будет видна не прямая, а кривая линия.
- Наблюдатель, находящийся «внутри» системы (на самом диске), интерпретировал бы это как воздействие некой невидимой силы, толкающей мел в сторону . На самом деле мел двигался по прямой, но поверхность под ним смещалась.
Этот же принцип работает на каруселях: попытка пройти по прямой на вращающемся аттракционе заставит человека выглядеть пьяным, так как его будет постоянно «уводить» в сторону относительно платформы .
⛈️ Как Кориолис управляет погодой 3:28
Самое масштабное проявление этого эффекта — формирование земных штормов. Тайсон объясняет, что воздух перемещается к зонам низкого давления, но вращение Земли не дает ему двигаться по прямой .
Ключевой фактор здесь — разница линейных скоростей вращения планеты. Точки на экваторе движутся на восток со скоростью около 1000 миль в час (1600 км/ч), в то время как во Флориде или Нью-Йорке эта скорость значительно ниже .
Процесс формирования шторма выглядит так:
- Воздушные массы (облака) движутся от экватора на север к зоне низкого давления .
- Обладая большей восточной скоростью (полученной на экваторе), они начинают «обгонять» более медленные северные участки суши и отклоняются вправо .
- Воздух, идущий с севера на юг, наоборот, движется медленнее поверхности и «отстает», также уходя в сторону.
- В результате в Северном полушарии вокруг зон низкого давления образуется циклон, вращающийся против часовой стрелки .
Тайсон отмечает, что в Южном полушарии ситуация зеркальна: штормы закручиваются по часовой стрелке из-за противоположного направления векторов скоростей . При этом существуют и «высокогорные штормы» (антициклоны), где воздух расходится от центра высокого давления. В такие дни может быть ветрено, но абсолютно безоблачно, так как высокое давление препятствует конденсации облаков .
🚀 Голливудские мифы: «Марсианин» и «В плену орбиты» 7:30
Нил Деграсс Тайсон вспоминает фильм 1969 года «Marooned» (в советском прокате «В плену орбиты»), где спасательную ракету планировали запустить прямо через «глаз» урагана над Мысом Канаверал . Учёный подтверждает, что в центре урагана действительно царит штиль и ясное небо. Теоретически ракета могла бы выдержать нагрузки, будучи аэродинамически устойчивым объектом на стартовом столе, но он в шутку замечает, что не хотел бы проверять это лично .
Гораздо более жесткой критике Тайсон подверг фильм «Марсианин» . Завязка сюжета строится на том, что героя Марка Уотни бросают из-за песчаной бури, угрожающей опрокинуть ракету.
По мнению Тайсона, это физически невозможно:
- Атмосферное давление на Марсе составляет всего 1/100 от земного .
- Даже ветер со скоростью 100 миль в час на Марсе ощущается как легкое дуновение. «Это как если бы младенец на вас подул», — иронизирует Нил . Ракета бы даже не шелохнулась.
🏈 Футбольный матч и вращение планеты 12:06
Самый неожиданный пример применения физики Кориолиса Тайсон обнаружил во время просмотра игры НФЛ между «Цинциннати Бенгалс» и «Сиэтл Сихокс» . В ситуации «внезапной смерти» в овертайме «Бенгалс» били 55-ярдовый филд-гол.
Тайсон провел мгновенные расчеты:
- Время полета мяча составило около 3,5 секунд .
- Стадион в Цинциннати ориентирован строго по оси север-юг .
- Расчет показал, что за время полета мяч отклонился вправо на 1/3 дюйма (около 0,8 см) из-за вращения Земли .
Мяч ударился в левую штангу ворот и отрикошетил внутрь, принеся команде победу. Тайсон утверждает, что именно эта треть дюйма, обеспеченная эффектом Кориолиса, стала решающей . Если бы мяч пролетел чуть левее, он мог бы отскочить от штанги в поле. Когда учёный опубликовал это в Twitter (ныне X), фанаты были в ярости, осознав, что в их ставки вмешалась планетарная механика .
📚 Историческая справка 16:06
Эффект назван в честь французского учёного Гаспара-Гюстава Кориолиса (Gaspard-Gustave de Coriolis). Свою фундаментальную работу с анализом этих сил он опубликовал в 1835 году . Несмотря на то что человечество наблюдало за погодой тысячелетиями, научное понимание траекторий во вращающихся системах появилось сравнительно недавно — меньше двух столетий назад.
