Андрей Ильин - Физика для «чайников». Несерьезное пособие

Вкратце и поумнее : свободное падение – это модель, при которой тело падает на поверхность Земли исключительно под действием силы собственной тяжести. Имеет свои ограничения, но для тел большой плотности и падающих со скоростью, меньшей скорости звука, годится. Ускорение свободного падения показывает, насколько меняется скорость при свободном падении. Строго говоря, не всегда постоянно: незначительно меняется на разных широтах и при разных высотах. Но вблизи поверхности Земли в среднем получается 9.8 м/c 2, обозначается g.

Всё, покончили с кинематикой. Часть вторая – динамика. Как можно вспомнить (после всего вороха подробностей выше это трудно, но ещё возможно), она объясняет, почему тело двигается (а не как ). Или – если совсем в общем случае – а с чего это вообще скорость тела вдруг меняется. Если тело пьяное, то только одному ему это известно. А если тело физическое, то это вполне можно объяснить очередным количеством математики.

«Лучше бы тебе это яблоко память отшибло, блин»

Без всякой радости представляю: ответственный за всю бодягу дальше товарищ по имени-фамилии Исаак Ньютон. Да, тот самый, которому яблоко на голову упало. Хотя поговаривают, что это могло быть не яблоко, а просто птицы постарались… В любом случае, эффект один. Но о нём попозже.

Ньютон собрал всю динамику в охапку и сказал: чуваки, да здесь всё, в общем-то, объяснимо. Все изменения движения можно описать всего лишь тремя закономерностями. Впоследствии их обозвали его фамилией – законами Ньютона. Если совсем по-простому, то они сводятся к следующему:

1) Пока не пнёшь – не полетит.

2) Как пнёшь – так и полетит.

3) Как пнёшь – так и получишь.

А теперь поподробнее.

1) Пока не пнёшь – не полетит.

«Не полетит» в простом смысле значит – не будет двигаться. То бишь, пока не подействуешь своим туловищем на тележку, она не сдвинется. Разве что если у тебя очень сильные лёгкие, и ты сумеешь сдуть её с места. Но даже в этом случае она поедет не сама по себе, а потому, что её подхватит потоком воздуха (то есть вместо твоего туловища на неё подействует ветер – движение воздуха). А так, относительно тебя или относительно той же многострадальной Земли она стоит себе тихонько, никого не трогает. То есть, ускорение у тележки равно нулю, поскольку она стоит на месте и никуда не поедет.

И всё бы хорошо, да здесь есть маленький подводный камень. Ньютон, зараза этакая, подумал даже о космосе и обобщил свой закон даже для него. В космосе же на тебя, по-хорошему, ничего не действует! Значит, если там что-то начнёт лететь, оно так и будет так же лететь даже после отключения двигателей, то есть двигаться равномерно и прямолинейно. В таком случае первый закон Ньютона смело предсказывает, что этот космический корабль так и будет лететь себе дальше, никого не трогая, пока его кто-нибудь не тронет. При равномерном движении ускорение равно нулю, потому что скорость постоянная. То есть, опять-таки, без дополнительных пинков в космосе будем двигаться без ускорения. Здесь фразу можно изменить на такую: «пока не пнёшь – не полетит по-другому».

Вот теперь точно полная формулировка. Заумно, да. Но зато описывает практически всё.

Почему этому несчастному движению без ускорения вдруг так много внимания? Да потому, что мы все наши тела по-прежнему рассматриваем в системе отсчёта! В кинематике она большой роли не играла: мы просто вставали на далёкое расстояние от туловища и запускали секундомер, не заморачиваясь. В динамике системы отсчёта немного важнее. Почему? Потому, что выгоднее всего считать в такой системе, относительно которой тело двигается именно без ускорения. Иначе вместо более-менее простецких расчётов и рисуночков придётся фигачить целые ряды уравнений (чего, к счастью, в школе не касаются).

Так вот, такие системы отсчёта, относительно которых наше тело двигается без ускорения, называются заумным словом «инерциальные». Почему такое умное слово? Потому что слово «инертность» означает эту самую способность тела сохранять свою скорость постоянной, если на него ничего не действует.

«Стоп, ведь только что же говорили: если на тело ничего не действует, оно будет ехать равномерно!» – скажут самые умные. Так-то оно так, да не совсем. Наш мир неидеален, и даже в космосе на самом деле есть очень-очень маленькое, но отрицательное ускорение. И через какое-то пусть очень-очень большое время, но наш корабль рано или поздно станет лететь медленнее. Просто мы не можем сказать, насколько оно (ускорение) мало, оттого и считаем, что его нет.

Но просто «инертность» – это тупой набор букв, физика такое не оправдывает. Надо, чтоб были цифры. А чтоб были цифры, ввели меру инертности. За этим заумным словосочетанием скрывается не что иное, как самая обыкновенная масса. Чем больше масса, тем меньше будет ускорение, которое получит тело при одном и том же воздействии на него (то бишь тем более инертным будет тело). И наоборот: чем больше масса, тем медленнее тело будет тормозить при одном и том же отрицательном ускорении. Ну и, наконец, самое очевидное: чем больше масса тела, тем оно сильнее притягивается к земле.

Измеряется масса, как ни странно, не в граммах, а в килограммах. Тут придется сделать небольшое лирическое отступление. Есть такая система СИ (нет, это не нота, пишется именно большими буквами). Она связывает друг с другом все величины, в которых мы что-то мерим в физике: длину, массу, скорость, время, ну и так далее. И всё бы хорошо, да есть небольшой подвох. Вот у нас есть скорость 60 км/ч. Как по ней посчитать, какое расстояние пройдем за секунду? Тупо делить 60 на 1 не прокатит! Потому, что при умножении и делении размерности тоже умножаются и делятся! В нашем случае получится, что мы час поделим на секунду. Грозная математика вот-вот даст по пятой точке за такое хулиганство. Чтобы этого избежать, приходится все подсчитываемые величины переводить в СИ-шные. То есть километры надо перевести в метры, а часы – в секунды. Тогда получится, что 60 надо умножить на тысячу и разделить на 3600. Получится 16. (6) м/с. И вот только после этого уже делим на 1, получая наконец 16. (6) метров.

Так вот, к чему я этот разговор завёл. Логично было бы предположить, что и с массой такая же история: типа, основной единицей массы должен бы быть грамм (без приставки «кило»). Но почему-то повелось, что при всех подсчётах массу обязательно нужно приводить к килограммам. Похоже, это единственная величина в СИ, которая зачем-то притащила с собой ещё и приставку «кило». Такие дела.