§ 5. Учимся определять верх и низ

Определения и обозначения

Верх и низ — направления, которые на поверхности Земли определяются относительно действия силы тяжести: вниз направлено к центру Земли, а вверх — в противоположную сторону. Поэтому привычные слова «верх» и «низ» зависят от того, где именно находится наблюдатель. Это правило помогает верно читать изображения Земли и не путать направление на планете с краями страницы.

Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает тела к себе. Она действует на предметы и людей, поэтому отпущенный предмет падает, а не улетает от планеты. Представление о силе тяжести нужно, чтобы объяснить, почему низ направлен именно к Земле.

Вертикаль — направление, совпадающее с направлением действия силы тяжести. Вертикальным называют направление отвеса, когда подвешенный груз успокоился. Это понятие позволяет определить, ровно ли стоит столб, стена или другой предмет.

Отвес — груз на нити, который помогает определить вертикальное направление. Под действием притяжения Земли груз тянет нить вниз, а натянутая нить показывает вертикаль. Отвес нужен там, где важно проверить положение предмета относительно силы тяжести.

Как это устроено

Слова «верх» и «низ» кажутся одинаковыми для всех, если смотреть на обычную комнату: пол внизу, потолок наверху. Но Земля имеет форму шара, и люди живут на разных его участках. Сила тяжести в каждой точке притягивает тела к центру планеты, поэтому направления вниз в разных местах сходятся к этому центру. Значит, на глобусе нельзя назначить низ только по нижнему краю листа: сначала нужно учесть, где находится центр Земли.

Если отпустить предмет, он начинает падать, потому что Земля притягивает его к себе. Направление движения при падении и называют направлением вниз. Когда предмет остановится на поверхности, опора не даст ему продолжать движение, но сила тяжести всё равно направлена к центру Земли. Так наблюдение за падающими предметами помогает понять, что нижнее направление определяется притяжением, а не привычкой или положением наблюдателя.

Чтобы найти вертикаль, можно подвесить груз на нити и подождать, пока он перестанет раскачиваться. Груз тянет нить в направлении действия силы тяжести, поэтому натянутая нить становится ориентиром для вертикали. Если нужно проверить стену, её сравнивают с нитью: вертикальная стена идёт параллельно отвесу. Так можно заметить наклон, который трудно точно определить на глаз.

Вертикаль и горизонталь связаны как два перпендикулярных направления. Перпендикулярными называют направления, которые пересекаются под прямым углом. Если представить отвесную нить, горизонталь будет направлена поперёк неё; например, поверхность спокойной воды служит наглядным ориентиром горизонтального положения. Поэтому горизонтальность определяют не просто по впечатлению «ровно», а относительно вертикали, заданной силой тяжести.

Люди на противоположных сторонах Земли не падают в космос, потому что для каждого из них сила тяжести направлена к центру планеты. Человек стоит на поверхности, а земля под его ногами служит опорой и не позволяет ему падать дальше. С точки зрения наблюдателя на другой стороне планеты направление вниз будет выглядеть иначе, но правило остаётся тем же. Именно притяжение Земли объясняет, почему каждый человек ощущает себя стоящим обычным образом.

Направления и способы их определения

Сначала выясни, какое направление задаёт сила тяжести, а затем используй его как ориентир. В таблице собраны понятия и способы их определения; на рисунке Земли направление вниз всегда проверяй по центру планеты. Для проверки предмета в комнате ориентируйся на отвес, а не только на собственное впечатление.

Разбор задач

Задача 1. На рисунке показаны люди в разных точках земного шара. Укажи для каждого, где верх и где низ. Не начинай с ориентации по краям изображения: положение людей на шаре может быть непривычным. Нужно установить направления относительно Земли.

1. Для каждого человека найди его точку на поверхности Земли. Определи, где на рисунке находится центр планеты относительно этой точки.
2. Проведи мысленную линию от человека к центру Земли. Она задаёт направление вниз, потому что туда направлена сила тяжести.
3. Отметь верх в противоположную сторону от этой линии. Повтори рассуждение для каждого человека отдельно.

Ответ: у каждого человека вниз направлено к центру Земли, а верх — от центра, в противоположную сторону. Эти направления могут не совпасть с верхом и низом страницы.

Задача 2. Нить с грузом висит рядом с наклонённой стеной. Определи, вертикальна ли стена. Нить не просто показывает направление на листе: подвешенный груз натягивает её под действием силы тяжести. Поэтому её можно использовать как ориентир.

1. Дождись, пока груз перестанет раскачиваться, и рассмотри направление натянутой нити. Оно показывает вертикаль.
2. Сравни стену с нитью по всей их длине. Если стена идёт параллельно нити, она вертикальна.
3. Если расстояние между стеной и нитью меняется, направления не параллельны. Значит, стена наклонена относительно вертикали.

Ответ: наклонённая стена не вертикальна, если она не параллельна нити отвеса. Проверка отвесом надёжнее оценки на глаз.

Задача 3. На изображении Земли нужно отметить, куда упадёт отпущенный предмет в двух точках на противоположных сторонах планеты. Может показаться, что предметы должны полететь в одну сторону относительно страницы. Но падение задаётся притяжением Земли, а точки находятся по разные стороны шара.

1. Отметь на изображении центр Земли и первую точку, где отпускают предмет.
2. Проведи от первой точки направление к центру: туда упадёт предмет. Повтори те же действия для второй точки на противоположной стороне.
3. Не переноси направление с одного места на другое и не используй край листа как указатель вниз. Для каждой точки ориентиром служит центр планеты.

Ответ: оба предмета будут падать к центру Земли, но на рисунке их направления будут противоположными. Это происходит потому, что точки находятся на разных сторонах планеты.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что низ всегда направлен к нижнему краю рисунка. Так думают, потому что на странице привычно читать сверху вниз, но лист не задаёт направление силы тяжести. Проверь себя: найди центр Земли и проведи направление от рассматриваемой точки к нему.

Ошибка — представлять, что люди на противоположной стороне Земли должны падать в космос. Такое представление возникает, если вообразить одно общее направление вниз для всей планеты. На самом деле Земля притягивает каждого человека к своему центру; проверь направление стрелкой от человека к центру шара.

Ошибка — путать вертикаль с направлением к верхнему краю страницы. Страница может быть повёрнута, а вертикаль определяется не её краями, а силой тяжести. Чтобы проверить себя, представь или используй отвес: его нить показывает вертикальное направление в конкретном месте.

Ошибка — считать горизонтальной любую поверхность, которая просто кажется ровной. Глаз может ошибаться, особенно если поверхность наклонена совсем немного. Вспомни связь направлений: горизонталь перпендикулярна вертикали, поэтому сравни поверхность с отвесом, а не только оценивай её на глаз.

Связь с другими темами

Для понимания направлений полезно знать, что Земля имеет форму шара и притягивает тела. Тогда легче представить, почему вниз в разных местах направлено к одному центру, хотя на рисунке стрелки выглядят по-разному. Вертикаль и горизонталь пригодятся при изучении планов и карт, а также при ориентировании на местности. Представление о силе тяжести поможет дальше разбираться в устройстве Земли и движении тел.

Что запомнить

• Вниз на Земле — к её центру.
• Вверх — в сторону, противоположную направлению силы тяжести.
• Сила тяжести определяет направление вниз.
• Отвес помогает находить вертикаль.
• Горизонталь перпендикулярна вертикали.
• На разных участках Земли направления вниз различны.