Вы конечно помните, уважаемые читатели, эту легенду про яблоко, упавшее на голову Ньютону, благодаря чему он догадался о существовании всемирного закона тяготения. Как всё было на самом деле достоверно неизвестно. Тем не менее, с 1687 года (год публикации «Математических начал натуральной философии») всё мировое научное сообщество пользуется законом всемирного тяготения и тремя законами Ньютона при расчётах движения материальных тел в рамках классической механики.
В одной из своих статей на дзене я уже пытался противопоставить две модели гравитации – классическую Ньютоновскую и ОТО-шную Эйнштейна, чтобы показать насколько они соответствуют наблюдаемой реальности. В качестве практического опыта, подтверждающего работу классической модели гравитации, был представлен знаменитый опыт Кавендиша по измерению плотности Земли. В этом эксперименте использовались грузы, подвешенные на высокочувствительных крутильных весах, которые отклонялись под действием пробных масс, подводимых к этим грузам. К моему удивлению нашлось достаточно большое количество читателей, подвергнувших сомнению чистоту опыта Кавендиша. Главным образом их претензии сводились к тому, что полностью исключить влияние внешних сил на крутильные весы невозможно. В качестве влияющих факторов перечислялись микровибрация самой конструкции, влияние Солнца, Луны и планет, сложное движение установки вместе с Землёй в космическом пространстве, сила Кориолиса и невозможность полного успокоения пробных масс, подводимых к грузам на крутильных весах. Такая «плотная» критика подтолкнула меня к написанию данной статьи. Тем более, что буквально на днях меня посетила замечательная по своей простоте идея эксперимента, подтверждающего или опровергающего взаимное притяжение двух массивных тел. В качестве подопытных объектов предлагается использовать те самые яблоки, падение которых позволило Ньютону вывести свой закон всемирного тяготения. Прежде чем приступить к проведению эксперимента, хочу задать простой вопрос – как вы считаете, если бы яблоки располагались в абсолютной пустоте, в полном отсутствии гравитации Земли, куда они должны падать? Ответ однозначный – в соответствии с законом всемирного тяготения друг на друга. Вот это утверждение я и предлагаю проверить с помощью очень простого опыта. Давайте разместим два яблока в сосуде с водой. Сила Архимеда полностью компенсирует силу притяжения Земли. В этом случае наши яблоки на сто процентов обезвешены, т.е. гравитация Земли на них не действует, но при этом они сохраняют свою массу. В таком случае они подвержены действию следующих сил - силе инерции от вращения Земли вокруг собственной оси она же сила Кориолиса, силе взаимного притяжения Ньютона или гравитации и силе сопротивления среды или силе трения яблок о поверхность воды.
Направления этих сил очевидны. Сила инерции направлена с востока на запад. Сила взаимного притяжения направлена к центрам противоположных яблок. Сила трения или сила сопротивления среды направлена навстречу двум предыдущим силам и пытается мешать им совершать свою работу. Чтобы исключить преимущественное влияние силы Кориолиса на одно из яблок разместим их на одной линии строго параллельной направлению север-юг. В этом случае направление движения яблок под действием силы Кориолиса будет перпендикулярно направлению движения под действием силы взаимного притяжения, и Кориолисова сила будет оказывать одинаковое влияние на оба яблока, при условии равенства их масс. Ещё один немаловажный момент данного эксперимента заключается в том, что мы должны быть уверены, что сила взаимного притяжения двух яблок должна превысить силу сопротивления среды. Из гидродинамики известно, что при малых скоростях сила трения о жидкость пропорциональна скорости, а при больших скоростях квадрату и даже кубу скорости.
В нашем случае начальная скорость движения яблок в воде равна нулю, отсюда сила трения покоя также равна нулю. Следовательно, любая отличная от нуля сила взаимного притяжения между яблоками неизбежно будет притягивать их друг к другу. Такое движение визуально очень легко наблюдается с помощью мерной линейки, которая видна на приведённых ниже фотографиях. Дальнейшая скорость сближения яблок зависит от их формы и вязкости воды. Форма яблок близка к сфере, т.е. идеальной форме для малых скоростей перемещения в жидкости или газе. Вязкость воды примерно в 60 раз больше вязкости воздуха, поэтому мы вправе предположить, что если знаменитые измерения Кавендиша по сближению массивных тел в воздухе требовали нескольких минут, то наши измерения могут продлиться несколько часов. Ну что ж, наберёмся терпения и приступим.
Наливаем в глубокую чашу воду, так чтобы плавающие в ней яблоки не касались дна. Аккуратно опускаем в неё два яблока, так чтобы они располагались примерно на одинаковом расстоянии друг от друга и противоположных краёв чаши. Такое исходное расположение яблок необходимо для того, чтобы яблоки не «прилипли» к стенкам чаши, так как чаша обладает собственной массой и способна притягивать яблоки. Фиксируем яблоки в исходном положении. Для этого ждём полного успокоения любых перемещений воды и яблок в чаше, примерно 3 – 5 минут. Осторожно убираем фиксаторы и начинаем следить за перемещениями яблок.
Прошло 7 минут.
Для достоверности повторим этот опыт ещё несколько раз. Я проделал это не менее 10 раз, меняя немного положение яблок относительно сторон света. Результат был всегда один и тот же. Яблоки через 5 – 10 минут соединялись вместе. Блестящее подтверждение работы закона всемирного тяготения. Ура! При этом, любой желающий может в домашних условиях повторить этот опыт и самостоятельно убедиться, что гравитационная модель Ньютона работает.
Ну что ж, реальность оказалась на этот раз полностью на стороне всемирного закона тяготения Ньютона.
PS Влияния силы Кориолиса на движение яблок мне зафиксировать не удалось. В любой ориентации относительно сторон света яблоки двигались навстречу друг другу.
