Вращение Земли и стабильность местоположения объектов
Административные границы и границы кадастрового деления территории Российской Федерации могут проходить по естественным рубежам. Одним из основных таких рубежей являются реки. Однако реки, нанесенные на карту по точным геодезическим данным, незначительно, но все же меняют свое русло. Объясняется это главным образом тем, что они извиваются, то есть нет абсолютно прямолинейных рек. Немаловажную роль при этом играет рельеф местности. Тем не менее, местность может быть совершенно ровная, а река отклоняется от прямолинейного направления. Такое обстоятельство на первый взгляд может показаться загадочным, поскольку в равнинной местности русло реки должно иметь прямолинейное направление. Однако даже для рек, протекающих по совершенно ровной местности, состояние прямолинейности весьма неустойчиво, а поэтому наименее вероятное. Это доказали российские и зарубежные физики.
Допустим, что река течет строго прямолинейно вдоль меридиана с севера на юг или с юга на север. Из-за ряда причин, обусловленных, например, неоднородностью грунта в какой-либо точке, поток воды будет оказывать различное воздействие на береговую линию. В связи с этим направление реки в данном месте незначительно, но все же изменится, следовательно, изначальная ее прямолинейность нарушается. Искривление начнет увеличиваться, поскольку вода, двигаясь криволинейно, вследствие центробежных сил, воздействует на вогнутый берег, подмывая его, и, в то же самое время, будет отступать от другого берега. Вогнутость одного берега и кривизна излучины другого возрастают. Вместе с тем начнет увеличиваться и центробежная сила, которая, в свою очередь, усилит разрушение вогнутого берега. Таким образом, достаточно образоваться даже самому незначительному отклонению от прямолинейности, чтобы оно постепенно увеличивалось. Случайные факторы, вызывающие первоначальный изгиб реки, практически неизбежны, следовательно, не исключается образование излучин (извилин), которые называются меандрами. Этот термин произошел от названия реки Меандр (греческое maiandros), расположенной в западной части Малой Азии (в Турции). Змеевидное русло реки поразило древних жителей и сделало ее название нарицательным. Этот термин применяется и в настоящее время для обозначения речных излучин.
К вышеизложенному следует добавить еще несколько фраз. Поскольку границы между субъектами Российской Федерации и муниципальными образованиями могут проходить по естественным рубежам, включая и реки, то целесообразно учитывать одно важное обстоятельство, связанное с вращением Земли (рис. 22).
Из рисунка видно, что у рек северного полушария, несущих свои воды на север, левый берег, как правило, круче правого, и наоборот, если река течет на юг, то у нее круче оказывается правый берег Этот факт отмечен в известной песне В. Высоцкого: «Левый берег стелется, правый поднимается». Объясняется это тем, что Земля, если смотреть на нее со стороны Северного полюса, вращается против хода часовой стрелки. Следовательно, вращение Земли оказывает влияние на русло рек. Таким образом, у рек Российской Федерации, которые текут на север, большее напряжение испытывает левый берег, а у рек, которые несут свои воды на юг, деформируется правый берег.
Здесь следует упомянуть о французском механике Гюставе Гаспаре Кориолисе (1792-1843 годы). Он открыл закон, согласно которому во вращающейся системе, какой является Земля, любая точка, движущаяся не параллельно оси этого вращения, отклоняется по направлению, перпендикулярному к ее относительной скорости. Этот эффект обусловлен суточным вращением Земли и характерен для длительных процессов, к которым можно отнести течение реки. Несмотря на то, что эти силы незначительны, берега рек подмываются, а падающие на Землю тела отклоняются от вертикали. Ускорение Кориолиса определяется из формулы:
a = 2 • v • w • sinφ, (16)
где v - скорость воды в реке;
w - угловая скорость вращения Земли (w = 2π/24 );
φ - широта места наблюдения.
На экваторе ускорение Кориолиса равно нулю, так как φ = 0º (sin 0º = 0), а на полюсах максимуму, поскольку sin 90º = 1. Этот закон дополняет закон Бэра, согласно которому силы Кориолиса всегда имеют место при поступательном движении (например, течение реки) по вращательной системе (наша планета Земля). Данные вопросы подробно описаны в книге Альберта Эйнштейна о причинах образования меандров. Ускорение Кориолиса весьма незначительно, тем не менее, оно может оказаться существенным для рек, которые несут свои воды вдоль меридиана. Артиллеристы вводят поправки, если стрельбы осуществляются с севера на юг или с юга на север. К сожалению закон Кориолиса не учитывает направление течения рек, а лишь указывает их принадлежность к северному или южному полушариям. Однако направление имеет важное значение.
Инженерная геодезия