Страница 12 из 33
Вес может уменьшаться, даже может исчезать (когда пакет с сахаром летел в ракете на Луну, он вообще ничего не весил), масса же никогда не исчезает.
Опыт с инертностью
Вы уже, наверное, убедились, какое интересное явление инерция. Все, что в природе материально, обладает свойством инерции.
А теперь проделаем несколько опытов. Проследим за свойством каждого тела реагировать, откликаться определенным ускорением на приложенную к нему силу.
Подвесьте на нитках две одинаковые коробки из картона. Одна коробка пустая, другая наполненная песком или глиной. Привяжите к нижней части каждой коробки по такой же нитке, на каких они висят. Если вы с силой дернете нижнюю нитку, привязанную к пустой коробке, то может оборваться любая из ниток — та, на которой коробка висит, или же та, за которую вы дернули. Инертность пустой картонной коробки невелика, поэтому рывок воспринимается обеими нитками одинаково. Иное произойдет со второй коробкой, заполненной песком или глиной. При резком рывке за нижнюю нитку должна порваться нижняя нитка.
Наполненная песком или глиной, коробка обладает большой инертностью, она не успеет передать усилие рывка верхней нитке, поэтому порвется обязательно нижняя нитка.
Приходилось ли вам насаживать топор на топорище? Это делается так: топорище держат в левой руке, топор слегка насажен на его широкий конец. По другому концу топорища бьют молотком. Стальной топор обладает большей массой, большей инертностью, чем деревянное топорище, поэтому стальной топор слабо реагирует на доходящие до него удары, а топорище менее инертно, и оно при каждом ударе входит на свое место, даже несмотря на сильное трение.
Для следующего опыта нам понадобятся шашки или монеты одинакового размера. Если у вас не шашки, а монеты, то весь столбик, в который они сложены, нужно поставить на большую монету — пятак или рубль. Поверхность, на которую поставлен столбик из шашек или монет, должна быть гладкая. Если в этом опыте использованы шашки, то понадобится деревянная линейка, если монеты, то металлическая. Быстрым, скользящим ударом линейки по нижней шашке (или монете) вы выбиваете ее из-под столбика. Столбик остается на месте — здесь проявилась его инертность. Выскользнувшая из-под столбика шашка или монета «не успела» передать всему столбику сообщенную ей скорость.
Этим опытом забавлялись любители занимательных опытов еще в конце прошлого века. А вот еще один интересный опыт тех же времен. Но для удачного его выполнения нужна предварительная тренировка.
На край гладкого стола положите узкую полоску бумаги (шириной 2–3 сантиметра). Конец полоски должен свешиваться. На ее другой конец, лежащий на столе, поставьте на ребро вдоль полоски юбилейный рубль. Монету надо подобрать с нестертыми краями. Конечно, монета должна стоять ровно, без малейшего наклона. Резким рывком выдерните бумажную полоску из-под монеты. При некотором навыке можно добиться, что монета даже не дрогнет. Монета, как и всякое материальное тело, обладает инертностью, и быстрый рывок не успел сообщить ей ускорение, привести ее в движение. Производя этот опыт, понаблюдайте, как ведет себя монета при разных усилиях, с какими вы выдергиваете бумажную полоску.
Опыты с тремя кирпичами
Эти опыты немного похожи на опыт с двумя коробками.
Подвесьте на какой-нибудь перекладине на бечевке один кирпич, а рядом два кирпича, связанные вместе.
Перед вами два «физических тела». У одного из них инертность в два раза больше, чем у другого. Попытайтесь легким толчком мизинца, самого маломощного пальца, толкнуть сначала один кирпич, потом связанные два кирпича. Одного и того же усилия, чтобы их качнуть на одинаковое расстояние, недостаточно.
Для того чтобы в этом лучше убедиться, привяжите к одному и к двум кирпичам по одинаковой тонкой резинке.
Когда вы потянете по очереди за резинки, вы убедитесь, что кирпичи сходят со своих мест при разных растяжениях резинок. Когда приходят в движение два кирпича, резинка растянулась сильнее, значит, и сила была приложена большая.
«Что же здесь удивительного? — скажете вы. — Ясно, что два кирпича тяжелее, чем один, и, конечно, чтобы их сдвинуть, надо затратить больше силы». Однако дело здесь не в весе, а в том, что два кирпича более инертны, чем один, и, чтобы им придать одно и то же ускорение, надо и силу приложить большую.
Но подвешенные кирпичи не только сдвигались с места, они немного приподнимались. В подобных случаях ученые говорят, что опыт поставлен не чисто. Поэтому повторим этот опыт, перенесясь мысленно в помещение орбитальной станции, где все находится в состоянии невесомости. Наши подопытные кирпичи парят в воздухе, как и те предметы, которые нам часто показывают космонавты во время телевизионных передач с борта орбитальной станции. И вот оказывается, что хотя кирпичи в состоянии невесомости ничего не весят, но чтобы сообщить им одно и то же ускорение, на два кирпича, связанные вместе, надо затратить больше усилия, чем на один кирпич. Веса нет, но масса никуда не исчезла, инертность сохранилась.
Планеты на привязи
Земля мощным притяжением удерживает на своей поверхности все, что на ней находится. Удерживает не только нас с вами и все живущее на Земле, но и все предметы, камни, скалы, пески, воду океанов, морей и рек, атмосферу, окружающую Землю.
Исаак Ньютон сформулировал очень важный закон — закон всемирного тяготения. Он доказал, что тяготение существует не только на Земле, но и в необъятных просторах Вселенной. Все тела Вселенной — Солнце, планеты с их спутниками, отдельные звезды и звездные системы — притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения зависит от размеров небесных тел и от расстояний между ними. Чем меньше расстояние, тем притяжение сильнее. Чем больше расстояние, тем притяжение слабее.
Приведенные когда-то какой-то мощной природной силой в движение Земля и все другие планеты, близкие и далекие наши соседи по Солнечной системе, вращаются вокруг Солнца по своим постоянным, не меняющимся орбитам.
Обратите внимание: когда вы вращаете на веревке камень, он не может лететь по прямой линии — его удерживает на круговой орбите веревка. Но если веревка оборвется или ее сознательно отпустить, камень, стремясь двигаться по инерции, полетит по прямой линии — касательной к его орбите, окружности, которую он описывал.
Каждая планета, как и камень, вращается «на привязи». И если у камня привязью служит веревка, то у планет привязью служит могучее притяжение Солнца. Скорости, с какими летят планеты, огромны, и, конечно, если бы солнечное притяжение не отклоняло их с прямого пути, заставляя описывать эллиптические орбиты, то около Солнца не осталось бы ни одной планеты.
А Земля, в свою очередь, незримой силой тяготения удерживает Луну на ее круговой орбите, заставляя вращаться вокруг себя.
Но что произойдет, если внезапно перерезать эти незримые «канаты-тяготения» между Землей и Луной, между Солнцем и планетами? Если выключить тяготение, как мы выключаем телевизор, радио или электрическую лампочку?
Ответом на этот вопрос послужат следующие опыты.
Опыт с выключенным тяготением
Прежде чем проделать этот опыт, проделаем два вспомогательных. Первый опыт иллюстрирует случай, когда планета совершенно неподвижна и на нее действует только притяжение Солнца. Второй опыт — когда планета и движется по орбите и на нее действует притяжение нашего светила.