Здравствуйте!
Помните, я предложил поместить на одну чашу весов ровно одну тонну железных гвоздей. На другую чашу весов уложить пуха столько, чтобы весы оказались в состоянии равновесия. Затем мы накрыли всю эту конструкцию стеклянным колпаком, подключили вакуумный насос и стали откачивать воздух из под колпака.
Тем и хорош любой опыт, и наш в частности, что позволяет наглядно видеть и оценить весь процесс и получить ответ на поставленную задачу.
Вот мы накрыли весы стеклянным колпаком, но еще не включили насос. Видим, что весы продолжают находиться в состоянии равновесия.
Включаем вакуумный насос. Чаша весов с пухом " вздрогнет" и начнет опускаться вниз, а чаша весов с железными гвоздями подниматься вверх. И чем больше создается вакуум под колпаком, тем увереннее чаша с пухом перетягивает чашу с железом.
При достижении достаточного вакуума, какой может создать насос, выключим его.
Видим: пух уверенно перевесил железные гвозди.
Предварительный вывод таков: тонна пуха оказалась определенно ТЯЖЕЛЕЕ тонны железа. Несколько неожиданный результат опыта, но это факт! А с фактом трудно спорить.
Однако, продолжим наш опыт дальше. Отсоединим насос и откроем вентиль. Запустим наружный воздух под колпак .
Увидим: чаши весов вернутся в состояние РАВНОВЕСИЯ снова, как прежде.
Опыт ввел нас в некоторое смущение. То тонна пуха тяжелее тонны железа, то они равны?! Совершенно очевидно, что на конечный результат опыта оказывает влияние воздушная среда. ( Просто воздух, далее...).
Придется находить правильное объяснение этого явления. А читая вопрос в такой форме, "Что тяжелее: тонна пуха или тонна железа?" -мы уже четко понимаем, что в данную формулировку вопроса вкралась какая- то существенная ошибка. Но, пока еще, не до конца ясная!
Настала пора объяснить результат опыта.
На одну чашу весов мы насыпали одну тонну железных гвоздей. Это мы так думаем. Но, строго говоря, на весах оказалась одна тонна гвоздей +еще энное количество гвоздей. Почему так произошло?
На всякое физическое тело в воздушной среде действует "выталкивающая сила", приложенная к этому телу, со стороны упомянутой воздушной среды. Проще говоря, воздух " несколько приподнимает гвозди" над чашей весов. Сила эта не велика, поскольку объем гвоздей небольшой. Но, все равно, эту силу приходится компенсировать дополнительной пригоршней гвоздей.
А вот на другой чаше весов, куда мы укладываем пух - картина кардинально другая. Пух занимает значительно больший объем, нежели железные гвозди. Поэтому, чтобы уравновесить чаши весов, нам придется уложить одну тонну пуха + еще дополнительно большое количество пуха, измеряемое уже несколькими десятками килограмм. Все потому, что на очень объемную кучу пуха действует уже значительная, по величине, "выталкивающая сила" воздуха.
Накрыв весы колпаком и откачав воздух из под него, мы прекращаем воздействие воздуха на пух и гвозди. В этих условиях дополнительный пух величиной в несколько десятков килограмм и помогает уверенно перевесить чаше весов с пухом, ту чашу весов где насыпаны гвозди.
Повернув вентиль и впустив воздух внутрь колпака, мы позволяем воздуху снова воздействовать на пух и гвозди и весы, вновь, приходят в состояние равновесия. ( Смотри, в помощь себе, задачу о стоге сена! ).
Если задать вопрос, в первом варианте: "Что тяжелее, тонна пуха или тонна железа?"- можно долго не заморачиваться и ответить просто: " А чего здесь долго думать , и там и там, по тонне. Пух не тяжелее железа, а железо не тяжелее пуха, вот и весь сказ. На этом можно и ограничиться. Но...
Если задать вопрос во втором варианте несколько иначе и совершенно в корректной форме, например: " Что больше: масса пуха, весом в одну тонну или масса железа, весом в одну тонну?"- повод уже несколько задуматься! Но здесь требуется очень хорошо разбираться в физических терминах, таких как: "масса тела" и " вес тела", и хорошо понимать их взаимодействие между собой. А в этих понятиях " плавает " подавляющая часть выпускников средней школы и даже множество других взрослых людей, осененных различными " высокими образованиями". Но смешнее всего то, что несведущие в физических терминах люди воспринимают вопрос примерно так: "Что больше, огромная куча одной тонны пуха или жалкая кучка одной тонны железа.?" Исходя из такого расхожего понимания, даже далекий от физики человек уверенно скажет, что масса пуха будет больше массы железа и фактически - это правильный ответ! И вопрос для него утратит всякую привлекательность, ну а скрытого подвоха в вопросе - он даже не ощутит!
Поэтому, чтобы сохранить интригу и ненавязчиво направить отвечающего человека по пути второго варианта вопроса, чаще спрашивают так :- "Что тяжелее, НА САМОМ ДЕЛЕ, тонна пуха или тонна железа?". Конечно и в такой постановке, вопрос звучит не совсем корректно, но мы же не на научном симпозиуме задаем его. Просто немного шалим и побуждаем человека к размышлению! А, опрашиваемый, будет вынужден проявить чудеса своих аналитических способностей для оценки такого выражения: "НА САМОМ ДЕЛЕ" ?! В нашем случае довольно трудно найти ясную и понятную для всех форму вопроса, но при этом, совершенно корректную!
Я же предложил провести чистый опыт, чтобы избежать употребления в вопросе, вышеназванных, физических терминов. Трудных и сложных для большинства рядовых читателей и психологов,- в том числе.
Если вас интересует соотношение масс таких тел как пух и железо в их физическом смысле, я отвечу так: -" Безусловно, МАССА ОДНОЙ ТОННЫ ПУХА БОЛЬШЕ МАССЫ ОДНОЙ ТОННЫ ЖЕЛЕЗА"!!! Именно различие в массах этих веществ "заставляет так странно," на первый взгляд, двигаться чашам весов в воздушной среде и в вакууме. И именно этот факт был наглядно продемонстрирован, когда весы и, изучаемые с их помощью физические тела, находились в безвоздушной среде. (Здесь под выражением "масса пуха" и "масса железа" надо понимать некое количество физического тела, сохраняющего свою стабильность на протяжении всего опыта и на характеристики которого не влияют внешние раздражители, например, как воздух в нашем случае).
Постараюсь выразиться несколько яснее:
В присутствии воздуха, то есть атмосферы Земли, на одну чашу весов мы поместили одну тонну железа. На другую чашу весов мы насыпали пуха столько, чтобы уравновесить весы. Мы вправе, но только условно, сказать что в этом случае и на железо, и на пух действует гравитационная сила Земли величиной в одну тонну. ( то есть вес их равен по тонне и опять же - только условно, лишь только оценивая положение тарелок весов, находящихся в равновесии!). Но часто не подозреваем: ЧТОБЫ ДОСТИЧЬ РАВНОВЕСИЯ ВЕСОВ, МЫ ВЫНУЖДЕНЫ УВЕЛИЧИТЬ МАССУ ПУХА НА НЕСКОЛЬКО ДЕСЯТКОВ КИЛОГРАММ, ЧТОБЫ КОМПЕНСИРОВАТЬ ВЛИЯНИЕ ВОЗДУХА НА НЕГО !
Яснее не получилось, тогда может так:
Если исключить влияние воздуха, то: ПУХ, МАССОЙ В ОДНУ ТОННУ БУДЕТ ТЯЖЕЛЕЕ ЖЕЛЕЗА, МАССОЙ В ОДНУ ТОННУ. ( Уже немного получше!).
Это мы озвучили возможный ответ на вопрос:
Что тяжелее: ПУХ, МАССОЙ В ОДНУ ТОННУ ИЛИ ЖЕЛЕЗО, МАССОЙ В ОДНУ ТОННУ, если исключить влияние на них со стороны воздушной среды земной атмосферы?
Однако избавиться, в полной мере, от употребления слова" масса"в его физическом смысле нам не представляется возможным. Но теперь, это особо и не требуется.
Надо понимать, что масса пуха в одну тонну не равна массе железа в одну тонну. Пух и железо уже взвешены в условиях влияния на них воздуха. Поэтому "истинная " масса одной тонны пуха - больше " истинной" массы одной тонны железа на несколько десятков килограмм. Именно на эти несколько десятков килограмм и будет тонна пуха тяжелее тонны железа,- если исключить влияние на них воздушной среды.
Признаюсь: Произнес много наукообразных слов и вдоволь наигрался с ними в свое удовольствие, но ясности - ни на грош, не прибавилось. Однако осознавать, что это так - немного досадно!
Тогда, я буду вынужден вновь обратиться к опыту. Может так удастся немного развеять лишний туман.
Предлагаю рассмотреть такой вариант опыта. На некоторую площадку Вы поместили пустые весы а рядом разместили одну тонну железных гвоздей и большой ворох пуха. Затем эту площадку накрыли стеклянным колпаком и откачали из под него воздух, насколько позволит это сделать вакуумный насос. Механическим манипулятором, размещенным внутри колпака, вы грузите на одну чашу весов одну тонну железных гвоздей, а на другую чашу весов помещаете столько пуха, чтобы весы уравновесились.
Вот теперь мы совершенно вправе сказать, что масса гвоздей строго равна массе пуха и без всяких там уже: " условно". То есть масса гвоздей равна одной тонне. И масса пуха равна одной тонне. А гравитационная сила Земли воздействует и на гвозди, и на пух с равной силой, величиной в одну тонну! То есть вес гвоздей равен одной тонне и вес пуха равен одной тонне! Потому и весы находятся в состоянии равновесия. Давайте откроем кран и впустим наружный воздух под колпак. Затем и вовсе, для пущей наглядности, отбросим колпак в сторону. И что мы увидим?
Чаша весов, где лежат железные гвозди, массой в одну тонну, вдруг уверенно перевесит ту чашу весов, где лежит пух - и тоже, массой в одну тонну! ПРОСТО БЕДА КАКАЯ -ТО! ТЕПЕРЬ УЖЕ, ЖЕЛЕЗНЫЕ ГВОЗДИ ВОЗНАМЕРИЛИСЬ СТАТЬ ТЯЖЕЛЕЕ ПУХА НА ТЕ ЖЕ НЕСКОЛЬКО ДЕСЯТКОВ КИЛОГРАММ?! Чудеса да и только! Но я надеюсь, что мой читатель уже догадался о природе этого чуда?! Для него, решение этой задачи не составит особого труда.
Осталось, лишь только обосновать это физическое явление! ( Ну а тот самый стог сена, если вы о нем еще помните, - пригодится Вам в помощь!).
Замечание:
При обосновании этого физического явления желательно, по возможности, избегать употребления таких терминов, как: "масса" и "вес" физического тела, поскольку велика опасность глубоко увязнуть в философских упражнениях со словами - в ущерб ясности для общей картины положения вещей. А я, не смог отказать себе в удовольствии поупражняться в излишне частом употреблении этих физических терминов, что с таким "успехом" продемонстрировал вашему вниманию - выше! Очень надеюсь, что Вы достаточно снисходительно отнесетесь к моей попытке придать своей статье вид некоторой солидности и обстоятельности. И, Большое Спасибо за ваше терпение, позволившее Вам дочитать эту, не слишком длинную и утомительную, статью до конца! Буду рад , если прочитав статью, ощутите в себе потребность к некоторому размышлению. Даже, эдак минут на пять или шесть!
Обещаю найти в себе силы, чтобы не впасть в слишком глубокое уныние и депрессию от возможных слов моего смелого и вдумчивого читателя, который найдет для себя нужным, с сарказмом, заметить: "А автор этой статьи, сам- то хоть понял , чего он здесь такого нагородил?!"
На этом , разрешите откланяться..!