Марк Колтун. "Мир физики"
Спасибо школьной ссоре
Открытые Галилеем закономерности в движении маятников позволили ученым не только изобрести маятниковые часы, но и экспериментально доказать... вращение Земли. Опыт с огромным маятником был поставлен французским инженером Фуко в 1850 году — через 208 лет после ухода из жизни Галилея и через 307 лет после кончины Коперника, впервые предположившего, что Земля вращается не только вокруг Солнца, но и вокруг собственной оси.
В парижском Пантеоне, зале с очень высоким куполом, Фуко подвесил на гибком тросе длиной 67 метров шар массой 28 килограммов. С нижней стороны у шара имелось острие, а на полу Пантеона насыпали полоску из песка. Маятник раскачали, и острие стало прочерчивать узкую бороздку в песке — в одном и том же месте при каждом размахе. Но что это? По мере того как шло время, бороздка в песке поворачивалась по часовой стрелке! На самом деле все, конечно, происходило наоборот: маятник, как ему и положено, все время двигался в одной и той же плоскости, но под ним медленно вращалась вокруг воображаемой оси Земля, делая полный оборот против часовой стрелки за одни сутки. Поворачивалась в обратную сторону и бороздка, наглядно показывая недоверчивым зрителям, что мы летим вокруг Солнца на космическом корабле под названием Земля, похожем на гигантский волчок. Опыт Фуко повторяли много раз в самых высоких зданиях и планетариях разных частей света, в том числе и у нас в стране, например, в Санкт-Петербурге, в Исаакиевском соборе. И все опыты показали вращение Земли под маятником...
Великий Ньютон, родившийся 1643 году, продолжил другие исследования Галилея, связанные с движением тел и их взаимным притяжением друг к другу. Ньютону было всего 24 года, когда он впервые сформулировал закон всемирного тяготения. Способность одного тела притягивать другое прежде всего определяется его собственной массой, решил Ньютон. Тогда очень легко объясняются опыты Галилея: брошенные им с Пизанской башни легкая пуля и тяжелое ядро падают под действием силы тяготения Земли, масса которой так велика, что все «земные» тела получают под ее влиянием практически одинаковое ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2. А каково действие Земли на «внеземные» тела? Оно, видимо, должно ослабевать с расстоянием и зависеть от массы притягиваемого тела.
Сила притяжения любых двух тел, — формулировал Ньютон в законе всемирного тяготения, — прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна расстоянию между телами, возведенному в квадрат. Расстояние необходимо измерять между центрами тел, в частности, если в процессе притяжения участвует Земля, то отсчет надо вести от ее центра, отстоящего от земной поверхности в среднем на глубину 6370 км. Коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в Природе, называется гравитационной постоянной.
Для самого Ньютона наиболее важным доводом в пользу закона всемирного тяготения послужило полученное им доказательство, что притяжение Земли действует и на Луну. Расчет показал, что если бы масса Земли была меньшей, чем в действительности, то Луна улетела бы с орбиты в бескрайние просторы Вселенной; при большей массе Земли Луна постепенно тормозилась бы, приближаясь к Земле по спирали, как спускаемый космический аппарат! Ньютон очень строго относился к своим выводам. Сначала, по его расчетам, получилось значение ускорения Луны на 15% меньшее, чем определили астрономы, и Ньютон не стал ничего сообщать о своем открытии. Он опубликовал закон всемирного тяготения только через 16 лет, когда стали известны более строгие опытные данные и расхождение его теории с наблюдениями уменьшилось до 2%. Закон всемирного тяготения позволил с высокой точностью определить орбиты планет Солнечной системы, благодаря ему была строго доказана справедливость законов Кеплера.
Не только небесная, но и земная механика многим обязана гению Ньютона. Он сформулировал три закона движения тел, с помощью которых механики до сих пор рассчитывают самые сложные конструкции, определяют скорость и ускорение многочисленных механизмов и средств транспорта, оценивают прочность конструкций. Приведем эти законы в том виде, в котором сформулировал их автор:
«Всякое тело упорствует в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить свое состояние».
«Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению прямой, по которой эта сила действует».
«Действию всегда есть равное и противоположное действие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга всегда между собой равны и направлены в противоположные стороны».
Биографы Ньютона рассказывают, что первое время в школе он учился очень посредственно. И вот однажды его обидел лучший ученик в классе. Ньютон решил, что самая лучшая месть для обидчика - отнять у него место первого ученика. Дремавшие в Ньютоне способности проснулись, и он с лёгкостью затмил своего соперника.
Разбуженного джина познания нельзя нельзя снова спрятать в тёмную, заплесневелую бутылку. С того счастливого для мировой науки эпизода начался процесс превращения скромного английского школьника в великого учёного...
