Геопотенциал. Геоид

Помимо силы всемирного тяготения, действующей со стороны Земли, на все тела на ее поверхности действует также и центробежная сила, направленная перпендикулярно оси вращения. Радиальная составляющая центробежного ускорения равна

.

По порядку величины на поверхности Земли

.

Это не мало.

Целесообразно ввести центробежный потенциал

.

Тогда

.

Геопотенциалом называют сумму ньютоновского и центробежного потенциалов:

.

Ускорение силы тяжести на вращающейся Земле определяют как градиент геопотенциала:

.

При осевой симметрии .

Второй член под корнем приблизительно в 300 раз меньше первого, поэтому в теории (но не на практике!) обычно принимают

.

Геоид – это поверхность равного геопотенциала, отнесенная к уровню Мирового океана. Уравнение поверхности геоида в первом приближении имеет вид:

,

Где – экваториальный радиус Земли, – географическая широта ( ), – геодезическое сжатие, . Средний радиус Земли определяют как среднее геометрическое полярного и экваториального радиусов: .

Физическая поверхность Земли заметно не совпадает с геоидом. Достаточно заметить, что горы вздымаются над уровнем моря на высоту до 9 км, а экваториальное вздутие Земли всего 21,385 км. Планетарные особенности земной поверхности хорошо видны из приведенной ниже гипсометрической диаграммы.

Средние уровни суши – 840 м, дна океана – 3800 м. Абиссаль, абиссальное ложе, шельф.

И вот такие особенности рельефа спутники не «чувствуют» в своем полете!

Принцип изостатической компенсации масс был высказан в середине XIX века, когда геодезические измерения в Северной Индии показали, что Гималаи вызывают значительно меньшее отклонение отвеса, нежели можно было ожидать от такой массы, возвышающейся над поверхностью Земли. Согласно гипотезам Эри, Пратта и Венинг Мейнеса, различающимися деталями распределения плотностей в нижней части горных массивов, менее плотные возвышенные части земной коры «плавают» в более плотной нижней литосфере как пробка в воде. Работает закон Архимеда.