Силы, действующие на любую точку механической системы, делятся на внутренние и внешние.
Fi – внутренняя сила
Fe – внешняя сила
Внутренними называются силы, с которыми точки, входящие в систему, действуют друг на друга.
Внешними называются силы, которые прикладываются к точкам извне, то есть от других точек или тел, не входящих в систему. Разделение сил на внутренние и внешние условное.
mg – внешняя сила
Fтр – внутренняя сила
Механическая система. Силы внешние и внутренние.
Механической системой материальных точек или тел называется такая их совокупность, в которой положение или движение каждой точки (или тела) зависит от положения и движения всех остальных.
Материальное абсолютно твердое тело мы также будем рассматривать как систему материальных точек, образующих это тело и связанных между собой так, что расстояния между ними не изменяются, все время остаются постоянными.
Классическим примером механической системы является солнечная система, в которой все тела связаны силами взаимного притяжения. Другим примером механической системы может служить любая машина или механизм, в которых все тела связаны шарнирами, стержнями, тросами, ремнями и т.п. (т.е. различными геометрическими связями). В этом случае на тела системы действуют силы взаимного давления или натяжения, передаваемые через связи.
Совокупность тел, между которыми нет никаких сил взаимодействия (например, группа летящих в воздухе самолетов), механическую систему не образует.
В соответствии со сказанным, силы, действующие на точки или тела системы, можно разделить на внешние и внутренние.
Внешними называются силы, действующие на точки системы со стороны точек или тел, не входящих в состав данной системы.
Внутренними называются силы, действующие на точки системы со стороны других точек или тел этой же системы. Будем обозначать внешние силы символом - , а внутренние - .
Как внешние, так и внутренние силы могут быть в свою очередь или активными, или реакциями связей.
Реакции связей или просто – реакции, это силы которые ограничивают движение точек системы (их координаты, скорость и др.). В статике это были силы заменяющие связи. В динамике для них вводится более общее определение.
Активными или задаваемыми силами называются все остальные силы, все кроме реакций.
Необходимость этой классификации сил выяснится в следующих главах.
Разделение сил на внешние и внутренние является условным и зависит от того, движение какой системы тел мы рассматриваем. Например, если рассматривать движение всей солнечной системы в целом, то сила притяжения Земли к Солнцу будет внутренней; при изучении же движения Земли по её орбите вокруг Солнца та же сила будет рассматриваться как внешняя.
Внутренние силы обладают следующими свойствами:
1. Геометрическая сумма (главный вектор) всех внутренних силF12 и F21 системы равняется нулю. В самом деле, по третьему закону динамики любые две точки системы (рис.31) действуют друг на друга с равными по модулю и противоположно направленными силами и, сумма которых равна нулю. Так как аналогичный результат имеет место для любой пары точек системы, то
2. Сумма моментов (главный момент) всех внутренних сил системы относительно любого центра или оси равняется нулю. Действительно, если взять произвольный центр О, то из рис.18 видно, что . Аналогичный результат получится при вычислении моментов относительно оси. Следовательно, и для всей системы будет:
Из доказанных свойств не следует однако, что внутренние силы взаимно уравновешиваются и не влияют на движение системы, так как эти силы приложены к разным материальным точкам или телам и могут вызывать взаимные перемещения этих точек или тел. Уравновешенными внутренние силы будут тогда, когда рассматриваемая система представляет собою абсолютно твердое тело.
30Теорема о движении центра масс.
Масса системы равняется алгебраической сумме масс всех точек или тел системыВ однородном поле тяжести, для которого, вес любой частицы тела пропорционален ее массе. Поэтому распределение масс в теле можно определить по положению его центра тяжести – геометрической точки С, координаты которой называют центром масс или центром инерции механической системы
Теорема о движении центра масс механической системы : центр масс механической системы движется как материальная точка, масса которой равняется массе системы, и к которой приложены все внешние силы, действующие на систему
Выводы:
Механическую систему или твердое тело можно рассматривать как материальную точку в зависимости от характера ее движения, а не от ее размеров.
Внутренние силы не учитываются теоремой о движении центра масс.
Теорема о движении центра масс не характеризует вращательное движение механической системы, а только поступательное
Закон о сохранении движения центра масс системы:
1. Если сумма внешних сил (главный вектор) постоянно равен нулю, то центр масс механической системы находится в покое или движется равномерно и прямолинейно.
2. Если сумма проекций всех внешних сил на какую-нибудь ось равняется нулю, то проекция скорости центра масс системы на эту же ось величина постоянная.
Уравнение и выражает теорему о движении центра масс системы : произведение массы системы на ускорение ее центра масс равно геометрической сумме всех действующих на систему внешних сил. Сравнивая с уравнением движения материальной точки, получаем другое выражение теоремы: центр масс системы движется как материальная точка, масса которой равна массе всей системы и к которой приложены все внешние силы, действующие на систему.
Если выражение (2) поместить в (3) , с учётом того что, получим:
(4’) – выражает теорему о движении центра масс системы: центр масс системы движется как материальная точка, на которую действуют все силы системы.
Выводы:
1. Внутренние силы не оказывают влияния на движение центра масс системы.
2. Если , движение центра масс системы происходит с постоянной скоростью.
3. , то движение центра масс системы в проекции на ось происходит с постоянной скоростью.
Эти уравнения представляют собою дифференциальные уравнения движения центра масс в проекциях на оси декартовой системы координат.
Значение доказанной теоремы состоит в следующем.
1) Теорема дает обоснование методам динамики точки. Из уравнений видно, что решения, которые мы получаем, рассматривая данное тело как материальную точку, определяют закон движения центра масс этого тела, т.е. имеют вполне конкретный смысл.
В частности, если тело движется поступательно, то его движение полностью определяется движением центра масс. Таким образом, поступательно движущееся тело можно всегда рассматривать как материальную точку с массой, равной массе тела. В остальных случаях тело можно рассматривать как материальную точку лишь тогда, когда практически для определения положения тела достаточно знать положение его центра масс.
2) Теорема позволяет при определении закона движения центра масс любой системы исключать из рассмотрения все наперед неизвестные внутренние силы. В этом состоит ее практическая ценность.
Так движение автомобиля по горизонтальной плоскости может происходить только под действием внешних сил, сил трения, действующих на колеса со стороны дороги. И торможение автомобиля тоже возможно только этими силами, а не трением между тормозными колодками и тормозным барабаном. Если дорога гладкая, то как бы не затормаживали колеса, они будут скользить и не остановят автомобиль.
Или после взрыва летящего снаряда (под действием внутренних сил) части, осколки его, разлетятся так, что центр масс их будет двигаться по прежней траектории.
Теоремой о движении центра масс механической системы следует пользоваться для решения задач механики, в которых требуется:
По силам, приложенным к механической системе (чаще всего к твердому телу), определить закон движения центра масс;
По заданному закону движения тел, входящих в механическую систему, найти реакции внешних связей;
По заданному взаимному движению тел, входящих в механическую систему, определить закон движения этих тел относительно некоторой неподвижной системы отсчета.
С помощью этой теоремы можно составить одно из уравнений движения механической системы с несколькими степенями свободы.
При решении задач часто используются следствия из теоремы о движении центра масс механической системы.
Следствие 1. Если главный вектор внешних сил, приложенных к механической системе, равен нулю, то центр масс системы находится в покое или движется равномерно и прямолинейно. Так как ускорение центра масс равно нулю, .
Следствие 2. Если проекция главного вектора внешних сил на какую-нибудь ось равна нулю, то центр масс системы или не изменяет своего положения относительно данной оси, или движется относительно нее равномерно.
Например, если на тело начнут действовать две силы, образующие пару сил (рис.38), то центр масс С его будет двигаться по прежней траектории. А само тело будет вращаться вокруг центра масс. И неважно, где приложена пара сил.
Динамическая анатомия
АНАЛИЗ ПОЛОЖЕНИЙ И ДВИЖЕНИЙ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА.
Основные положения этого теоретического курса были разработаны П.Ф. Лесгафтом и носили название «Курс теории телесных движений». Этот курс включал в себя анализ общих законов строения человека, движения в суставах, положений тела человека в пространстве во время движения.
Анализ положений тела в пространстве предполагал изучение движений человека в определенной последовательности:
- Морфология движения или положения – была основана на чисто визуальном ознакомлении с позой, тем упражнением, которое предполагалось выполнять. При этом подробно рассматривались положение в пространстве тела и его отдельных частей – головы, туловища, конечностей.
- Механика положений тела – при этом предлагаемое к выполнению упражнение рассматривалось с точки зрения законов механики. А это предполагало обязательное ознакомление с теми силами, которые оказывают на тело человека свое действие.
Любое движение, упражнение, положение тела осуществляется при взаимодействии сил, оказывающих действие на тело человека. Эти силы подразделяют на внешние и внутренние.
ВНЕШНИЕ СИЛЫ – силы, действующие на человека извне, при взаимодействии его с внешними телами (земля, гимнастические снаряды, любые предметы).
1. СИЛА ТЯЖЕСТИ – это сила с которой тело притягивается к земле. Она равна весу или массе тела, приложена к его центру и направлена вертикально вниз. Точкой приложения этой силы является общий центр тяжести тела – ОЦТ. ОЦТ складывается из центров тяжести отдельных сегментов тела.
При движении тела вниз сила тяжести является движущей силой, т.е. помогает движению;
При движении вверх – тормозит движение (мешает);
При движении по горизонтали – оказывает нейтральноедействие.
2. СИЛА РЕАКЦИИ ОПОРЫ – это сила, с которой площадь опоры действует на тело.
При этом, если тело сохраняет вертикальное положение , то сила реакции опоры равна силе тяжести и направлена противоположно ей, т.е. вверх .
При ходьбе, беге, прыжках в длину с места сила реакции опоры будет направлена под углом к площади опоры и по правилу параллелограмма сил может быть разложена на вертикальную и горизонтальную составляющие .
А. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ СИЛЫ РЕАКЦИИ ОПОРЫ – направлена вверх, противоположно силе тяжести (ее зеркальное отражение).
Б. ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ (ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ СИЛУ ТРЕНИЯ) – направлена противоположно направлению движения. Без силы трения движение невозможно. Иногда искусственно увеличивают эту силу – тартановые покрытия беговых дорожек.
3. СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ СРЕДЫ – эта сила может или тормозить движение или способствовать ему.
Уменьшить тормозящее влияние среды можно приняв наиболее выгодную (обтекаемую) форму тела, а увеличить силу сопротивление среды можно за счет увеличения поверхности отталкивания (у пловцов – ласты, у гребцов - лопасть весла).
4. СИЛА ИНЕРЦИИ – сила, возникающая при движении тела с ускорением. Рациональное использование силы инерции позволяет экономить мышечную энергию. Эта сила может быть центростремительной , т.е. направлена к центру вращения и центробежной – направлена от центра вращения. Эти силы противоположны по направлению. Если они равны, то тело остается в покое, если нет, то тело движется в сторону большей из них. Для бегуна сила попутного ветра является движущей, т.е. помогает движению, а сила встречного ветра – тормозящей.
Силы или нагрузки, действующие на сооружения и их элементы, называют внешними. Они представляют собой силы или пары сил (моменты), которые могут рассматриваться как сосредоточенные и распределенные силы.
Все реальные силы распределенные. Контакт двух упругих тел всегда осуществляется по некоторой площадке. Однако по принципу Сен-Венана действия большинства сил может быть заменено сосредоточенной нагрузкой, если площадка достаточно малая по сравнению с размерами тела.
Распределенные нагрузки можно подразделить на:
Распределенные по длине или погонные нагрузки (вес балок, канатов)
Поверхностные (давление ветра, воды)
Объемные (сила тяжести тела, силы инерции).
Все нагрузки могут быть:
Статическими, т.е. не меняющиеся во времени или меняющиеся столь медленно, что ускорением можно пренебречь
Динамическими, т.к. изменяющиеся во времени с большой скоростью (ударные). Под действием этих нагрузок возникают колебания сооружений.
Динамические нагрузки в свою очередь подразделяются на периодические и случайные нагрузки. К случайным нагрузкам относятся нагрузки, действующие на детали автомобилей, тракторов, станков, а также нагрузки, действующие на сооружения (дома, мачты, краны и т. п.) от давления ветра, снега и т. п.
Более глубокое изучение таких нагрузок возможно лишь с помощью методов статистики и теории вероятности, которые применяются при изучении случайных велечин.
В машиностроении расчетные нагрузки определяются в зависимости от конкретных условий работы машины: по номинальным значениям мощности, угловой скорости отдельных ее деталей, силы тяжести, сил инерции и т. п. Например, при расчете деталей трехтонного автомобиля учитывают номинальный полезный груз, равный 3 тонны. Возможность же перегрузки автомобиля учитывают тем, что размеры сечения деталей назначают с некоторым запасом прочности.
Под действием внешних сил в деформируемых телах возникают внутренние силы. Такие силы являются непрерывно распределенными и в общем случае различны в разных точках тела.
Связь между внешними и внутренними нагрузками определяется уравнениями равновесия.
Это делается с помощью метода сечения.
Метод сечений
Для того чтобы определить внутренние силовые факторы необходимо:
1. В интересующей нас точке рассечь тело некоторой плоскостью. Как правило, плоскость перпендикулярна оси стержня.
Рис. 1.11. Рассматриваемое твердое тело в исходном состоянии
2. Приложим в сечении силы внутреннего взаимодействия.
Рис 1.12. Действие сил внутреннего взаимодействия
суммарной силой R
суммарным моментом М.
Рис 1.13. Рассматриваемая часть конструкции с равнодействующими внутренних сил
Вектор результирующего момента перпендикулярен плоскости действия и его направление определяется правилом буравчика с правой резьбой (рис.1.14).
Рис 1.14 К определению величины и направления действия момента
4. Спроектируем суммарные вектора и на оси Оxyz
Рис. 1.15 Проекции суммарной силы
При проектировании суммарной силы получим:
Продольная сила, направленная вдоль оси стержня
Поперечные силы, действующие в плоскости поперечного сечения.
Аналогичным образом при проектировании суммарного момента получим:
Крутящий момент в плоскости, перпендикулярной оси симметрии
изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Рис. 1.16 Проектирование суммарного момента
В трехмерном случае для определения шести неизвестных внутренних силовых факторов необходимо использовать шесть уравнений статического равновесия
В частном случае в поперечном сечении стержня могут возникать:
Только продольная сила. Этот случай нагружения называется растяжением (если сила направлена от сечения) или сжатием (если продольная сила направлена к сечению).
Только поперечная сила или. Это случай сдвига.
Только крутящий момент. Это случай кручения.
Только изгибающий момент или. Это случай изгиба.
Несколько усилий, например изгибающий и крутящий моменты. Это случай сложных деформаций или сложного сопротивления.
Если число неизвестных усилий равно числу уравнений равновесия, задача называется статически определимой. Если же число неизвестных усилий больше числа уравнений равновесия - статически неопределимой.
Для статически неопределимых задач кроме уравнений равновесия необходимо использовать еще дополнительные уравнения при рассмотрении деформации системы.
Напряжения. При одной и той же продольной силе прочность конструкции определяется площадью поперечного сечения.
Потому для оценки прочности вводится напряжение
Выделим вокруг некоторой точки бесконечно малую площадку.
Рис. 1.17 Проектирование полного напряжения
Вектор полного или истинного напряжения в данной точке. Упрощенно можно сказать, что напряжением называется внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади в данной точке данного сечения
Удобнее работать с двумя проекциями полного напряжения:
Составляющую, нормальную к плоскости сечения. Эта составляющая обозначается и называется нормальным напряжением (см. рис. 1.17)
Составляющая, лежащая в плоскости сечения. Эта составляющая обозначается и называется касательным напряжениями. Касательное напряжение в зависимости от действующих сил может любое направление в плоскости сечения. Для удобства представляют в виде двух составляющих по направлению координатных осей (рис.1.18)
Рис. 1.18 Напряжения в данной точке в общем трехмерном случае
Здесь первый нижний индекс у касательных напряжение указывает, какой оси параллельна нормаль к площадке действия данного напряжения, а второй индекс - какой оси параллельно само напряжение.
Наряду с графическим представлением напряжений в точке деформируемого тела часто используется и векторная форма их представления.
Оценка прочностных свойств материала производится или по наибольшему нормальному напряжению, или по наибольшему касательному напряжению (расчет на сдвиг), тогда условие прочности записывается в виде
где и - допускаемые значения нормального и касательного напряжений, зависящие от материала и условий работы рассчитываемого элемента конструкции. Величины и выбираются с таким расчетом, чтобы была обеспечена нормальная эксплуатация конструкции.
Перемещение. Любая точка упругого деформированного тела после напряжения получает некоторое перемещение.
Рис. 1.19 Перемещение точки в общем случае нагружения
Для практического использования удобнее представить перемещение в виде трех проекций на декартовые оси координат
Деформации. Сама величина перемещения не позволяет оценить степень удаленности данного уровня нагружения от предельного состояния. Степень деформирования данной точки конструкции можно оценить с помощью относительной линейной деформации
Или деформация. Используя закон Гука, можно записать
Если нормальным напряжениям соответствует линейная деформация, то касательным напряжениям соответствует угловая сдвиговая деформация
Рис 1.20 Деформация малого элемента при сдвиге
По аналогии с (1.4) можно использовать векторное представление деформаций
ВНЕШНИЕ И ВНУТРЕННИЕ СИЛЫ . В механике внешними силами по отношению к данной системе материальных точек (т. е. такой совокупности материальных точек, в которой движение каждой точки зависит от положений или движений всех остальных точек) называются те силы, которые представляют собой действие на эту систему других тел (других систем материальных точек), не включенных нами в состав данной системы. Внутренними силами являются силы взаимодействия между отдельными материальными точками данной системы. Подразделение сил на внешние и внутренние является совершенно условным: при изменении заданного состава системы некоторые силы, ранее бывшие внешними, могут стать внутренними, и обратно. Так, например, при рассмотрении движения системы, состоящей из земли и ее спутника луны, силы взаимодействия между этими телами будут внутренними силами для этой системы, а силы притяжения солнца, остальных планет, их спутников и всех звезд будут внешними силами по отношению к указанной системе. Но если изменить состав системы и рассматривать движение солнца и всех планет как движение одной общей системы, то внешними силами будут только силы притяжений, оказываемых звездами; все же силы взаимодействия между планетами, их спутниками и солнцем становятся для этой системы силами внутренними.
Точно так же, если при движении паровоза выделим поршень парового цилиндра как отдельную систему материальных точек, подлежащую нашему рассмотрению, то давление пара на поршень по отношению к нему явится внешней силой, и то же давление пара будет одной из внутренних сил, если будем рассматривать движение всего паровоза в целом; в этом случае внешними силами по отношению ко всему паровозу, принятому за одну систему, будут: трение между рельсами и колесами паровоза, сила тяжести паровоза, реакция рельсов и сопротивление воздуха; внутренними силами будут все силы взаимодействия между частями паровоза, например, силы взаимодействия между паром и поршнем цилиндра, между ползуном и его параллелями, между шатуном и пальцем кривошипа, и т. п. Как видим, по существу нет различия между внешними и внутренними силами, относительное же различие между ними определяется лишь в зависимости от того, какие тела мы включаем в рассматриваемую систему и какие считаем не входящими в состав системы. Однако указанное относительное различие сил имеет весьма существенное значение при исследовании движения данной системы; по третьему закону Ньютона (о равенстве действия и противодействия), внутренние силы взаимодействия между каждыми двумя материальными точками системы равны по величине и направлены по одной и той же прямой в противоположные стороны; благодаря этому при разрешении различных вопросов о движении системы материальных точек возможно исключить все внутренние силы из уравнений движения системы и тем самым сделать возможным самое исследование о движении всей системы. Этот метод исключения внутренних, в большинстве случаев неизвестных, сил связи имеет существенное значение при выводах различных законов механики системы.
На земной поверхности постоянно действуют силы, которые разрушают скалы, размывают берега, переносят массы раздробленных и растворенных минеральных веществ, осаждают и накапливают слои осадков. Подобные процессы, господствующие на поверхности Земли , называются внешними или экзогенными . С давних пор от них отделяют глубинные, внутренние , или эндогенные , силы, источники которых находятся в недрах планеты. Извне воздействуют на Землю силы притяжения Луны и Солнца . Сила притяжения других небесных тел очень мала, и ею можно пренебречь. Однако некоторые ученые считают, что в геологической истории Земли за десятки миллионов лет гравитационные воздействия из космоса могут значительно возрастать. В результате их происходят, например, морские приливы. Некоторые ученые к экзогенным силам относят и земное притяжение, из-за которого происходят оползни и обвалы, стекают воды, перемещаются ледники и т. д.
Экзогенные силы разрушают и химически преобразуют горные породы , переносят рыхлые и растворимые продукты разрушения водой, ветром и ледниками. Одновременно идет отложение, накопление (аккумуляция) продуктов разрушения на суше или на дне водоемов в виде осадков (в дальнейшем они преобразуются в осадочные горные породы). Внешние силы участвуют, в сочетании с внутренними, в формировании рельефа Земли , в образовании осадочных пород и многих типов месторождений полезных ископаемых (например, руд алюминия - бокситов, никеля и др.).
Обычно считается, что от соотношения движений земной коры и денудации зависит направление развития рельефа : при преобладании разрушения и денудации над тектоническими процессами происходит общее нивелирование и понижение рельефа . Горы постепенно превращаются в пенеплены - слабо всхолмленные, местами почти ровные, предельные равнины. Под влиянием новейших тектонических движений пенеплены поднимаются, образуя высокие плоские хребты (например в Саянах, в Тянь-Шане), или опускаются, покрываясь толщей коры выветривания.
Земная поверхность, согласно подобным представлениям, выглядит как арена борьбы внутренних и внешних сил планеты. Первые вызывают движения в земной коре, вторые - разрушают поверхность гор и перераспределяют продукты разрушения. Выходит, будто внутренние силы планеты созидательные, «главные», без которых замерла бы жизнь Земли , сгладился бы рельеф и повсюду расстилалась гладь Мирового океана . Так ли это?
Прежде чем ответить на этот вопрос, познакомимся с внутренними (эндогенными) силами. У них главный источник энергии - внутренняя теплота в недрах Земли . К внутренним силам относятся: распад радиоактивных веществ, различные химические реакции и превращения вещества в недрах, внезапные разрядки возникающих в толще планеты напряжений. Эндогенные силы вызывают движения магмы, вулканическую деятельность, метаморфизм горных пород , землетрясения , медленные поднятия и опускания земной коры, ее горизонтальные перемещения, разрывы в толще горных пород , образование месторождений полезных ископаемых и т. д.
Они ярко проявляются в магматизме - сложных процессах возникновения и движения магмы (расплавленной огненно-жидкой массы) в верхние горизонты коры и к поверхности Земли . Она имеет преимущественно силикатный состав и образуется в земной коре или (редко) в верхней мантии. Главные типы магм: основная (базальтовая) и кислая (гранитная). Извергаясь на поверхность Земли , магма образует вулканы .
Это эффузивный магматизм.
Магма не всегда изливается, а часто внедряется в толщу горных пород и там медленно остывает. Так образуются интрузии . Слагающие их магматические породы называют интрузивными. Формируясь в условиях медленного охлаждения магмы под большим давлением, интрузивные породы приобретают правильную равномерно-зернистую структуру. В процессе денудации массивы интрузивных пород могут оказаться на земной поверхности. Например, очень много гранитных массивов в Забайкалье, есть они на Урале, в Украине, в Средней Азии.
Из магматических внедрений наиболее известны лакколиты - грибообразные или подобные караваям интрузии, приподнявшие осадочные слои. Лакколиты залегают неглубоко, и приподнятые слои иногда образуют огромные купола - диаметром от сотен метров до 5-6 км и более. Широко известны лакколиты района Минеральных Вод на Северном Кавказе, поднимающиеся среди ровного плато: горы Железная, Бештау, Машук и др.; Аюдаг - в Крыму.
Дайки - результат внедрения магмы по трещинам в земную кору. Нередко породы, слагающие их, бывают более твердыми, чем окружающие; поэтому при выветривании дайки остаются в виде стены. Толщина их может достигать десятков и даже сотен метров. Трещинные интрузии небольшой мощности и неправильной формы называют магматическими жилами . Иногда в узле пересечения трещин залегают штоки , подобные столбам. Крупные массивы глубинных горных пород , главным образом гранитоидов, удлиненно-овальной формы, залегающих на значительной глубине, называются батолитами. Они достигают 2000 км в длину и 100 км и более в ширину. С гранитными батолитами связаны месторождения олова, вольфрама, золота и многих других металлов.
Медленные поднятия и опускания обширных участков земной коры сопровождают всю историю Земли , они происходят, конечно, и в наши дни. Направление этих колебательных, или эпейрогенических, движений (эпейрогенез) с течением времени изменяется: поднимающиеся участки начинают погружаться, и наоборот. Скорость таких движений настолько мала, что за короткий отрезок времени их заметить трудно. Скорости выражаются долями миллиметров в год, а предельные - сантиметрами в год. Классический пример опусканий - территория Голландии. Значительная ее часть находится ниже уровня моря и от вторжения моря защищена дамбами. Они надстраиваются по мере опускания суши. Скорость опускания здесь - 0,5-0,7 см/год. А поднимается земная кора, например, в Швеции и Финляндии, где по берегам Ботнического залива многие порты оказались удаленными от моря на значительное расстояние.
Внутренние силы работают в недрах планеты и совершенно скрыты от наших глаз. Эпейрогенические колебательные движения столь неторопливы, что заметить их также нельзя. Конечно, некоторые проявления внутренней жизни Земли видны на поверхности (вулканы) или ощущаются людьми (землетрясения). А вот интрузии, дайки, жилы - результаты вековых движений поверхности, разрывы земной коры и многое другое - разве все это может наблюдать краевед? Да, может. Особенно в горной местности, на обнажениях, где хорошо видны, вскрыты эрозией слои горных пород, жилы, штоки, дайки и т. п. В разных районах нашей страны имеются обнажения горных пород, в которых выходят на поверхность отложения самых разных геологических эпох: от древнейших пород (они обнажаются в пределах Балтийского щита, Восточной Сибири, Украинского кристаллического массива) до современных, созданных в результате деятельности человека.
В конце прошлого века было открыто явление радиоактивности. Энергия распада ядер очень велика, радиоактивных минералов в недрах много. Ученые стали подсчитывать мощности внешних и внутренних источников энергии Земли . Выяснилось, что среди них абсолютно преобладает лучистая энергия Солнца . Перехватываемая Землей лучистая энергия Солнца в тысячи раз превышает все внутренние источники, вместе взятые. Выходит, внешние силы должны играть главную роль в жизни нашей планеты. По мнению советского ученого-естествоиспытателя В. И. Вернадского, в глубинах планеты ниже земной коры геологическая активность быстро затухает. Действительно, почти все эпицентры землетрясений и вулканические очаги приурочены к земной коре и отчасти к подстилающему ее слою астеносферы (области относительно низкой вязкости подкорового вещества, которое частично находится в пластичном состоянии). Но ведь, как известно, земная кора - это область былых биосфер. Почти все слагающие ее породы некогда побывали на земной поверхности, подверглись «обработке» внешними силами и накопили в той или иной форме солнечную энергию. А затем, опускаясь на многие километры в недра Земли , под огромным давлением вышележащих пород они отдают накопленную энергию. Теперь она становится как бы внутренней тепловой (геотермальной) энергией Земли, вызывая множество геологических процессов как в глубинах (например, магматизм), так и на поверхности (вулканизм и др.).
Строение вулкана: 1 - кальдера; 2 - сомма; 3 - конус, 4 - кратер; 5 - жерло. 6 - лавовый поток; 7 - лавовый очаг.
Залегание магматических пород: Б - батолит; Л - лакколит; Ш - шток; Ж - жила; П - покров.
Типы вулканов: 1 - площадной; 2 - трещинный; 3 - гавайский; 4 - стромболианский; 5 - везувианский; 6 - плинианский.
