Александр Харс - Я познаю мир. Естествознание

И правда, в вакууме, то есть безвоздушном пространстве, снег шел бы с такой же скоростью, с какой летели бы на Землю запущенные в небеса камни.

Опыт Галилея

Итак, экспериментальная физика началась при драматических обстоятельствах. Публичный эксперимент состоялся, и шары упали вместе.

Но этого было недостаточно, чтобы произвести переворот в умах. Авторитет оказывался сильнее даже собственного зрения. В результате число противников Галилея увеличилось. Но это не остановило его стремления изучать законы движения тел.

Предмет, летящий с высоты, каждую секунду летит все быстрее – он разгоняется. На языке физиков, это значит, что тело движется с ускорением. Увы, мы не можем поставить на падающий предмет устройство, которое, как спидометр в автомобиле, измеряло бы его скорость. Для того чтобы измерить, как меняется скорость падающего тела, нужно довольно сложное оборудование. Эта же проблема стояла перед Галилеем.

Галилей предположил,что если скатывать шарики по наклонным плоскостям,то они будут двигаться так же,как падающие тела,только медленнее

В результате долгих раздумий он предположил, что, если скатывать шарики по наклонным плоскостям, они будут двигаться так же, как падающие тела, только медленнее. Если сделать так, чтобы шарик катился почти без трения, он будет разгоняться до одной и той же скорости, независимо от угла наклона горки. Скорость, которая достигается внизу горки, зависит от высоты, с которой этот шарик был пущен. Если шарик бросить вверх, то его полет будет постепенно замедляться, а при полете вниз шарик снова разгонится.

Стремительные потоки обладают огромной энергией, которую люди научились превращать в электричество, создав гидроэлектростанции. Конечно, такая энергия довольно дешевая и позволяет не использовать для тех же целей, например, каменный уголь. Но для работы гидроэлектростанции нужно водохранилище, при создании которого затапливаются огромные территории, в результате чего очень сильно изменяется местность.

По морям и океанам, а также по рекам и озерам плавает множество кораблей. Большая часть судов сегодня сделаны из металла. Кусок железа не плавает, тонет. Как же плавает железный корабль? Попробуем разобраться.

Жидкость, помещенная в сосуд, давит на дно сосуда. Чем выше сила, которая давит на дно, тем больше давление. Давление – это сила, действующая на какую–то площадь, например квадратный метр или сантиметр.

Давление работает и вбок

Давление действует не только вниз, но и вверх, объект, попавший в жидкость, выталкивается ею наверх. По этой причине легче поднять камень, находящийся в воде, чем в воздухе. Это свойство жидкости учитывается при создании корпуса корабля.

Кроме того, давление работает и вбок. Попробуйте пробить бочонок сбоку. Из него начнет бить струя жидкости.

Как известно, царь Сиракуз Гиерон сомневался, что его корона действительно золотая. Ему стало казаться, что она сделана из сплава с медью, свинцом и другими металлами. Царь мечтал узнать, из чего все–таки сделана корона, но не разрешал ее пилить или повреждать как–то иначе.

Вероятно, Архимеду было известно, что золото в 19,3 раза тяжелее воды. Значит, нужно было узнать объем короны, потом определить, сколько весит такой же объем воды. Если вес короны окажется в 19,3 раза больше веса воды, то можно считать, что корона сделана из золота, без добавления примесей. Такие же измерения необходимо было произвести, чтобы понять, насколько вода легче меди, серебра, свинца и других металлов, которые могли быть использованы для изготовления короны.

Взвесить корону несложно, но как измерить ее объем, чтобы набрать столько же воды? Ведь корона – не куб, ее линейкой не измеришь. Вначале Архимед хотел расплавить корону и отлить заново в виде куба, цилиндра или любого другого тела, объем которого подсчитать несложно. Но, опасаясь гнева царя, он все–таки не сделал этого.

Если что–то не ладится, всегда неплохо сходить в баню. Это средство известно уже несколько сотен лет. Архимед, посетивший баню, решил погрузиться в ванну, полную воды. При этом часть воды выплеснулась, и тут его осенила идея, которая помогла решить задачу с короной. Архимед выскочил из ванны и понесся по улицам с криком «Эврика!», то есть «Нашел!».

Что же он нашел в ванной? Вероятно, его посетила мысль о том, что объем тела равен объему воды, которую оно вытесняет при погружении. Таким образом, погрузив корону в воду, Архимед смог определить ее объем, измерив, насколько поднялся уровень воды в этом сосуде.

Дерево, кусок пенопласта, надувной шарик или мяч плавают на поверхности воды. Железо, камень, стекло тонут. Мы видим, что предметы с большей плотностью погружаются на дно, а легкие, то есть обладающие меньшей плотностью, плавают.

Мы знаем, что на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Значит, если предмет плавает на поверхности, какая–то сила удерживает его там и не дает тонуть.

Рыбы плавают и на глубине, и около самой поверхности. Если бы рыба имела постоянный объем, то она плавала бы все время на одной глубине. Если бы ей понадобилось подняться выше или опуститься ниже, ей пришлось бы бороться с силой тяжести, увлекающей ее на дно, или с силой Архимеда, выталкивающей тела на поверхность и обеспечивающей их плавучесть.

Между тем мы видим, как рыбки в аквариуме поднимаются и опускаются без особого напряжения, иногда даже не двигая плавниками. В этом им помогает плавательный пузырь, который может раздуваться, заставляя рыбу всплывать, или сжиматься и опускать ее ближе к дну. По тому же принципу поднимаются и опускаются на дно подводные лодки и аквалангисты. И у лодок, и у пловцов, опускающихся на значительную глубину, есть емкости, которые могут сжиматься, помогая опускаться, или увеличиваться в объеме, обеспечивая подъем к поверхности.

Рыбы, вероятнее всего, не чувствуют давление воды, которое испытываем мы, нырнув в воду, как мы не чувствуем воздуха, который давит на нас. Давление воздуха – привычное для каждого человека явление.