Что тяжелее: 1 кг пуха или 1 кг железа? Первоклассник ответит "железо, потому что его очень сложно поднять, а пух - проще простого, дунул - он и улетел". Старшеклассники, уже подкованные в этом вопросе, ответят, что массы этих тел равны, поэтому ни одно, ни другое не будет перетягивать на себя одеяло. А вот учёные совершенно серьёзно утверждают, что пух тяжелее железа.
Три разные версии, при этом мнение учёных априори воспринимается как нечто, не требующее подтверждения, как факт, но почему-то именно их версия кажется наиболее бредовой. Попробуем разобраться в этом простом, на первый взгляд, вопросе.
Что такое тяжесть?
Сперва было бы справедливо разобраться с самим вопросом: "что тяжелее?" Под словом "тяжесть" воспринимается вес или масса? Я ни на что не претендую, но, мне всё же кажется, что данный термин подразумевают собой массу. И в этом кроется основной подвох задачи, ведь тогда получается, что масса у пуха и железа равны, поэтому одно не отличается от другого. Выходит, учёные ошибаются? Нет, просто они мыслят шире и учитывают влияние силы Архимеда.
Сила Архимеда
Наверняка, вы что-нибудь слышали на уроках физики об этой силе. Она является тем самым звеном справедливости, которое пытается бороться с вездесущей силой тяжести: она выталкивает помещённый в жидкость или газ объект.
Очевидно, сила тяжести, действующая на тела на Земле, направлена примерно в её центр, а в маленьких масштабах можно считать, что она направлена вниз, при этом сила Архимеда, напротив, направлена вверх, так как воздух пытается вытолкнуть тела в космос.
У пуха и железа силы тяжести будут равны, так как они зависят только от масс тел, а вот сила Архимеда зависит от нескольких величин: во-первых, от плотности вещества среды, в которую помещены объекты, будь то жидкость или газ, во-вторых, от объёма погружённой части объектов.
Что касается первого, то так как пух и железо рассматриваются нами в одной и той же среде, Архимедова сила будет зависеть только от объёма. Мы знаем, что масса тел одна и та же, а плотность железа много больше плотности пуха, значит, объём второго будет больше. Из этого следует, что на пух сила Архимеда будет действовать больше, соответственно, вес, который равен разности сил тяжести и Архимеда, у железа выше, следовательно, пух окажется легче.
Но так как мы в самом начале договорились считать, что тяжесть подразумевает собой массу, а не вес, то такой вывод мы сделать, вроде бы, не можем, однако стоит рассмотреть ситуацию на весах, и станет понятно, что учёные правы.
Последний штрих
Теперь рассмотрим тела на весах. Из самого названия этого устройства следует, что оно измеряет вес. До этого мы выяснили, что вес пуха меньше веса железа. Значит, рычаг весов будет переваливаться на сторону железа. Нужно кое-что предпринять - повысить силу тяжести, увеличив массу пуха. Тогда всё встанет на свои места - весы уравновесятся. Но теперь массы двух тел окажутся различными, пух станет тяжелее железа, а учёные окажутся правы!
Жду в комментариях замеченную ошибку в выше написанных размышлениях (она тут есть)...