Читать книгу Фізика - Группа авторов - Страница 9

Слово «невагомість» у багатьох із вас, напевно, викликає якісь космічні картини: політ на міжпланетній станції, плавання по відсіках космічного корабля і т.ін. Боюся вас дещо розчарувати, однак у невагомості можна опинитися й на Землі, навіть не треба летіти кудись до далеких зір або перебувати на навколоземній орбіті.

Але що ж таке вага тіл та її відсутність? Спробуємо трохи в цьому розібратися. Коли завдяки силі гравітаційного тяжіння ми притягуємося до Землі, то звичайно знаходимо, що між нами та землею щось є. Це може бути стілець або підлога, крісло або щось інше. Притягуючись до Землі, ми з певною силою діємо на те, що знаходиться під нами. Цю силу у фізиці й називають вагою.

Будь-яке тіло, на яке діє земне тяжіння, у свою чергу діє на інші тіла, стискаючи або розтягуючи їх. Сила, з якою певне тіло діє на опору або підвіс, називається вагою.

Коли говорять, що вага стола 200 Н, мають на увазі те, що ця вага – сила, з якою стіл діє на підлогу.

Зауважте, що тут між мовою фізики та нашою звичайною мовою є різниця! У побуті, коли ми говоримо про вагу тіла (наприклад, купуючи щось у магазині), то найчастіше маємо на увазі масу тіла; тобто в побуті маса та вага – синоніми. А ось у фізиці вага – це сила, і ця сила, на відміну від маси, вимірюється у ньютонах!

Тепер, коли ми вже це знаємо, поміркуємо над тим, як улаштувати ситуацію з відсутністю ваги.

Уявіть собі, що для розваги свого улюбленого кошеняти ви підвісили на нитку цукерку. Граючись, кошеня розірвало нитку, й цукерка полетіла вниз. Чи діє цукерка на розірвану нитку під час свого падіння? Практично ні. Але ця відсутність дії на нитку й означає відсутність у цукерки ваги! При цьому на космічну орбіту нашу цукерку разом з кошенятком ми не виводили!

Так само можна позбавити тіло ваги, якщо воно буде падати на землю разом зі своєю опорою: під час падіння тіло не давить на опору, й отже, не має ваги.

У наших прикладах ми припустилися одного важливого фізичного положення, яке стосується особливостей падіння тіл. Ще Галілей відкрив, що тяжіння однаково діє на будь-які тіла. Кидаючи зі знаменитої похилої Пізанської вежі різні предмети, він дійшов висновку, що Земля однаково змінює швидкості падаючих тіл. У фізиці говорять, що тіла падають на землю з однаковим прискоренням (прискорення – це величина, що показує, як з часом змінюється швидкість). Але коли це відкриття сталося?

Дотепер точна дата цього відкриття залишалася невідомою. Вважалося, що це відбулося після того, як Галілей оселився в Пізі, тобто після 1590 р., але до того, як єретиком-ученим зацікавилася інквізиція (через його твердження про те, що Земля обертається навколо Сонця), тобто до 1632 р. От у цьому майже піввіковому інтервалі часу і було зроблене відкриття!

Збереглося досить багато рукописів Галілея, в яких він «завбачливо» не вказував дати. Але не подумайте, що точну дату відкриття визначили, вимірявши якимсь найсучаснішим методом (наприклад, радіовуглецевим) точний вік чорнила або паперу (на жаль, точність наявних у нас методів для цього недостатня). Вихід знайшовся, і він виявився ще більш цікавим і навіть детективним.

Дослідивши наявні рукописи Галілея за допомогою методів спектрального аналізу, вчені встановили, що він протягом 42 років користувався 20 видами різних чорнил. Крім наукових записів, учений вів і видаткові книги, у яких, природно, проставляв дати. Виявилося, що чорнило, яким записаний опис експериментів на Пізанській вежі, те саме, яким він робив записи про доходи і витрати в домовій книзі в 1604 р. Звідси й зробили висновок, що і відкриття було зроблено тоді ж, у 1604 р.

Повернімося до невагомості. Тепер треба заради фізичної точності зізнатися в одному важливому припущенні, про яке ми ще не сказали.

Річ у тім, що не всяке падіння тіл можна вважати станом невагомості. Невагомість відповідає стану так званого вільного падіння, тобто такого, коли на тіла нічого, крім сили тяжіння, не діє. У такому випадку падіння в повітрі, коли діють сили опору повітря, не є, точно кажучи, вільним падінням. Проте наша цукерка, яку відірвало з нитки кошеня, перебувала майже в невагомості, бо за тих умов сили опору повітря дуже малі. Ось якби цукерка була… на парашуті, тоді ні про яку невагомість казати було б неможливо.

З того, що сказано вище, випливає, що невагомість космічного корабля, який знаходиться на орбіті, пов’язана зі станом його падіння на Землю або на іншу планету, навколо якої він рухається. Колись іще Ньютон запропонував спосіб, яким можна перетворити тіло на супутник Землі: треба надати тілу таку велику швидкість, щоб воно не впало на планету, а вийшло на кругову орбіту навколо неї.

Коли космічний корабель (з вимкненими двигунами!) знаходиться на заданій орбіті над Землею, то він і всі тіла всередині нього перебувають у стані падіння, рухаючись з однаковим прискоренням. Таким чином, це й буде для всіх цих об’єктів станом невагомості.

Щоб майбутніх космонавтів підготувати до космічного польоту, їх тренують на спеціальному літаку: «упускають» на кілька секунд разом з літаком, в якого вимикають двигуни, щоб люди відчули той стан, у якому їм належить потім перебувати досить довго.

Отже, невагомість дійсно можна відчути на космічній орбіті. Проте наблизитися до такого стану можна і в земних умовах, якщо зменшити дію на певне тіло всіх інших тіл (порівняно з дією Землі) й зробити так, щоб тіло та його опора (підвіс) падали на Землю з однаковим прискоренням.