Фізика на кожному кроці

- Ну, а якби більший камінь спочивав на меншому?

- Тоді він мав би збільшити його вагу, якби швидкість його була більше. Але ми вже знайшли, що якби менший вантаж падав повільніше, то зменшив би швидкість великого вантажу; отже, складова маса рухалася б повільніше своєї частини, що суперечить вашому допущенню. Отже, дозвольте взяти, що великі і малі тіла рівного питомої ваги рухаються з одинаковою швидкістю ».

Чудово, що подібні ж думки задовго до Галілея висловлював давньоримський поет-учений Лукреций Кар.

У своїй великій поемі «Про природу речей» він стверджував, що вільно падаючі речі не можуть тиснути одна на іншу; крім того, він ясно усвідомлював, що причина неоднаковою швидкістю падіння різних речей в повітрі або в рідинах полягає в тому, що речі масивні зустрічають з боку навколишнього середовища неоднакове опір.

Ось це повчальне місце поеми:

Якщо хтось думає, ніби тіла, важкі вагою,
прямо в просторі порожньому, пролітаючи з швидкістю
великої,
падають зверху на більш легкі і виробляють
цим поштовхи, що здатні творять викликати руху, -
то ухиляються дуже далеко від вірної дороги.
Рідкої води речовина, як і повітря дуже легкий,
в рівному розмірі падіння тіл всіх уповільнити не можуть,
а поступаються швидше дорогу тіл з великою вагою.
Але порожнеча ніякому предмету, ніде, нізвідки
не в змозі зовсім чинить опір,
так як всьому піддаватися повинна вже за самою своєю природою.
Внаслідок цього речі, які різняться вагою,
падати повинні однаково все в порожнечі нерухомою.

Вгору по ухилу

Ми так звикли бачити тіла, скачуються з похилій площині вниз, що приклад тіла, вільно котиться по ній вгору, здається нам дивом. Немає нічого легшого проте, як влаштувати таке уявне диво.

Візьміть два однакових гуртка з легкого дерева і насадити їх на валик, як колеса на вісь (див. Рис. 8). До валика прикріпіть кінець тонкої мотузки, до іншого кінця якої прив'язаний вантаж. Намотавши мотузку на валик так, щоб вантаж впритул примикав до валика, поставте колеса на похилу дощечку; вони самі покотяться, але не вниз, а вгору по ухилу.

Мал. 8. Ці колеса можуть котитися самі вгору по ухилу

Причина зрозуміла: вантаж, прагнучи впасти, розмотує мотузку, змушуючи тим самим обертатися колеса, які і котяться вгору по ухилу. Звичайно, ухил повинен бути не крутий. Тут немає ніякого порушення законів фізики. Уважно проробляючи досвід, ви можете помітити, що хоча колеса і вкочується вгору, вантаж все ж в кінці шляху не буде вищою, ніж на початку. Центр тяжіння всього приборчика знизився.

Наш досвід можна обставити і ще цікавіше. Обклейте колеса папером так, щоб вийшов циліндр, що приховує свій нехитрий внутрішній «механізм». Тепер, намотавши мотузку на валик, помістіть циліндр посередині похилій дошки і запитайте глядачів: куди покотиться циліндр - вгору або вниз? Все, зрозуміло, скажуть, що вниз, і будуть вкрай здивовані, коли на їхніх очах циліндр покотиться вгору.

Як зважили Землю

Перш за все необхідно пояснити зміст виразу: «зважити Землю». Адже якби навіть було можливо звалити земну кулю на якісь ваги, то де ж ваги ці встановити? Коли ми говоримо про вагу якої-небудь речі, то по суті мова йде про ту силу, з якою річ ця притягується Землею або прагне падати до Землі, до її центру. Але сама-то наша Земля не може ж падати на себе! Тому говорити про вагу земної кулі безглуздо, поки не встановлено, що треба розуміти під цими словами.

Сенс слів «вага Землі» може бути тільки такий. Уявіть, що з Землі вирізали куб в метр висоти і зважили. Вага цього куба записали, а сам куб помістили на колишнє місце; потім вирізали сусідній кубічний метр і теж зважили. Записавши вага другого куба, встановили його на своє місце і вирізали третій. Якщо перебрати так один за одним всі кубічні метри, з яких складається наша планета, зважити їх поодинці, а потім все їх ваги скласти, ми дізнаємося, скільки важить все речовина, що становить земну кулю. Коротше сказати, вступаючи зазначеним чином, ми зважили б Землю.

Само собою зрозуміло, що на ділі виконати таку роботу немислимо. Якби ми навіть могли ізрить всю поверхню земної кулі, то забратися в його надра ми не в силах. Ніде ще людина не вкопують у землю глибше 4 кілометрів, - але ж до центру земної кулі понад 6 000 кілометрів ... Чи означає це, що людям треба відмовитися від надії дізнатися вагу своєї планети? Існує, однак, непрямий шлях для зважування земної кулі. Учені пішли цим шляхом і досягли повного успіху. Ось в чому полягає цей непрямий шлях. Ми знаємо, що вага речі є сила, з якою ця річ притягується Землею. Один кубічний сантиметр води притягується Землею з силою одного грама (адже він важить один грам). Якщо ми візьмемо НЕ кубічний сантиметр води, а кубічний метр води, що містить води в мільйон разів більше, то він буде притягатися в мільйон разів сильніше: його вага буде 1 000 000 грамів, т. Е. Одна тонна. Але тяжіння між зважувати річчю і Землею залежить також від кількості матерії в ній, і якби наша планета містила в собі речовини в мільйон разів більше, один грам важив би на такий Землі цілу тонну. І навпаки, якщо б Земля укладала в мільйон разів менше речовини, вона притягувала б всі речі в стільки ж разів слабкіше, і тоді один грам важив би на такій планеті тільки мільйонну частку грама.