Земля
Шрифт:
Учёные доказали, что выброшенное из пушки в горизонтальном направлении ядро в первую же секунду вследствие падения отклонится от него на 4,9 метра, или 4900 миллиметров. В следующую секунду оно отклонится от нового направления опять на 4,9 метра и так далее.
Луна находится в 60 раз дальше от центра Земли, чем ядро на земной поверхности. Поэтому сила тяжести на расстоянии Луны в 602, или 3600 раз, меньше, чем на Земле.
Если бы из пушки, удалённой от Земли на расстояние Луны, выстрелить в том направлении, в каком движется Луна,
Так именно и движется Луна по своей орбите, отклоняясь от прямолинейного направления, касательного к её орбите, на 1,36 миллиметра в каждую секунду. Но движением Луны управляет всемирное тяготение, а ядром — сила тяжести. Значит, всемирное тяготение и сила тяжести — одно и то же.
Если бы Земля была правильным шаром равномерной плотности и не вращалась, то сила тяжести в любой точке сё поверхности была бы одинакова.
Но, как показали наблюдения, сила эта меняется от места к месту, хотя и очень слабо.
Со времени этого открытия изучение силы тяжести стало одной из важнейших задач науки о Земле.
5. Измерение силы тяжести
Взвесив с помощью чрезвычайно чувствительных пружинных весов гирю в 100 граммов на высокой горе, мы увидели бы, что там она стала весить немного меньше, чем весила у её подножия.
Силу тяжести изучают по движению падающего тела. В механике силой называют действие одного тела на другое, изменяющее состояние тела. Пока на тело действует сила, которая привела его в движение, скорость тела постоянно увеличивается. Прирост скорости в каждую секунду называется ускорением.
Непрерывное действие силы тяжести на падающее тело можно сравнить с толчками, очень быстро следующими один за другим. Под действием таких «толчков» падающее тело в каждую секунду увеличивает скорость своего падения. Во вторую секунду падающее тело проходит большее расстояние, чем в первую. В третью — большее, чем во вторую, и так далее. Это увеличение скорости называется ускорением свободного падения. Его можно определить, измеряя скорость падающего тела в первую, вторую и последующие секунды. Но скорость движения падающих тел очень велика, и до XVI века учёные не могли её измерить.
Между тем знание законов падения тел очень важно, например для расчёта дальности полёта снарядов. Ведь вылетевший из пушки горизонтально или наклонно вверх снаряд во время полёта непрерывно падает (рис. 4). Не зная, как падают тела, каково ускорение падения, нельзя рассчитать и расстояния, которое пролетит снаряд.
Рис. 4. Полёт пушечного ядра. Каждую секунду ядро отклоняется вследствие своего падения от прямолинейного направления на расстояние бв, гд, еж.
Впервые
И вот молодой учёный стал делать опыты. Он сталкивал с площадки башни чугунные ядра разного веса либо сбрасывал оттуда кирпич или два кирпича, связанные вместе.
Все эти тела достигали Земли одновременно.
До опытов Галилея все учёные были уверены, что чем тяжелее тело, тем оно падает быстрее. Галилей опроверг это ошибочное мнение.
Правда, при опытах Галилея наблюдалась незначительная разница в скорости падения небольших и крупных ядер. Но она объясняется только сопротивлением воздуха, оказывающим относительно большее влияние на ядра меньших размеров. Если бы чугунные ядра падали в безвоздушном пространстве, они достигали бы земли одновременно. В школах на уроках физики часто показывают простой опыт, который доказывает это. В длинную стеклянную трубку, наглухо закрытую по обоим концам, помещают пушинку, мелкие кусочки бумаги, пробку и свинцовые дробинки. Когда трубку перевёртывают, помещённые в ней предметы падают. Дробинки и пробка сразу же пролетают всю длину трубки. Мелкие кусочки бумаги падают уже не так скоро. А пушинки медленно опускаются вслед за ними.
Но стоит с помощью воздушного насоса выкачать из трубки воздух, как вся картина меняется: не только кусочки бумаги, но и пушинка падают одновременно с дробью. Так доказывается, что только сопротивление воздуха замедляет падение кусочков бумаги и пушинки. А сила тяжести сообщает им одинаковое ускорение, от которого зависит скорость.
Может быть, у вас возник вопрос: а почему же всё-таки ускорение падения всех тел одинаково? Ведь когда падают тяжёлое ядро и пуля, то на ядро действует большая сила тяжести, а ускорение падения одинаково.
Это на первый взгляд странное явление объясняется различной массой этих тел.
Если взять два ядра различного веса, то одинаковый заряд пороха сообщит им различную скорость: ядро в два раза более тяжёлое вылетит со скоростью в два раза меньшей. Это зависит от различного сопротивления, которое оказывает масса ядра силе взрыва.
Когда на тело действует сила тяжести, заставляющая его падать на Землю, она также встречает сопротивление массы тела. Это сопротивление тело оказывает ускоряющему действию силы тяжести во всё время падения тела.
Теперь понятно, почему как один кирпич, так и два связанных вместе кирпича, сброшенные с высоты, падают одновременно. Хотя сила тяжести, действующая на два кирпича, вдвое больше силы тяжести, действующей на один кирпич, но зато она встречает и вдвое большее сопротивление.
Массу тела можно измерять его весом, потому что масса и вес пропорциональны. Так обычно и делают, взвешивая тела на весах. Не нужно, однако, забывать, что вес тела, то-есть сила притяжения его Землёй изменяется в зависимости от расстояния до центра Земли.