Перельман Я.И. - Занимательная механика (1948) (1015821), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Здесь уместно будет привести отрывок из той книги Галилея, где был впервые высказан классический принцип относительности (книга эта, к слову сказать, едва не привела еб автора на костер инквизиции). «Заключите себя с приятелем в просторное помещение под палубой большого корабля, Если движение корабля будет равномерным, то вы ни по одному действию не в Рис. 2. Чья пуля раньше достигнет противиика? состоянии будете судить, движется ли корабль, или стоит на месте. Прыгая, вы будете покрывать по полу те же самые расстояния, как и на неподвижном корабле. Вы не сделаете вследствие быстрого движения корабля ббльших прыжков к корме, чем к носу корабля, — хотя, пока вы находитесь в воздухе, пол под вами бежит к части, противоположной прыжку. Бросая вещь товарищу, вам не нужно с ббльшей силой кидать ее от кормы к носу, чем наоборот...

Мухи будут летать во все стороны, не — уб— держась преимущественно той стороны, которая ближе к корме» и т. д. Теперь понятна та форма, в которой обычно высказывается классический принцип относительности: «характер движения, совершающегося в какой-либо системе, не зависит от того, находится ли система в покое или перемещается прямолинейно и равномерно относительно земной поверхности». Аэродинамическая труба На практике иной раз оказывается чрезвычайно полезным заменять движение покоем и покой движением, опираясь на классический принцип относительности. Рис. 3.

Продольный разрез через азродинамическую трубу: Модель крыла или самолета полвешивается в рабочем пространстве, отмеченном крестиком (К). Воздух, засасываемый вентилятором Ь', движется в направлении, указанном стрелками, и выбрасывается в рабочее пространство через суживающийся насадок и затем опять засасывается в трубу. Чтобы изучить, как действует на самолат или на автомобиль сопротивление воздуха, сквозь который они движутся, обычно исследуют «обращенное» явление: действие движущегося потока воздуха на покоящийся самолет.

В лаборатории устанавливают широкую аэродинамическую трубу (рис, 3), устраивают в ней ток воздуха и изучают его действие на неподвижно подвешенную модель аэроплана или автомобиля. Добытые результаты с успехом прилагают к практике, хотя в действительности явление протекает как раз наоборот: воздух неподвижен, а аэроплан или автомобиль прорезают его с большой скоростью, 2 Занимательная механика 17 В настоящее время существуют аэродинамические трубы настолько большого размера, что в них помещается не уменыненная модель, а корпус самолЕта с пропеллером или автомобиль обычной величины, Скорость воздуха в трубе можно довести до скорости звука.

На полном ходу поезда Другой пример плодотворного применения классического принципа относительности возьмем из м<елезнодорожной практики. Тендер иногда пополняется водой Рис. 4. Как паровозы на полном ходу набирают воду. Между рельсами устроен длинный волобм, в который ногружаетсв из тендера труба. Вверху налево — трубка Пито. При погружении ее в текушую воду уровень в трубе поднимается выше, чем в водобме. Вверху направо — применение трубки Пито для набора воды в тендер двн»,ушегося поезда. на полном ходу поезда, Достигается это остроумным «обращениема одного общеизвестного механического явления, а именно: если в поток воды погрузить отвесно трубку, нижний конец которой загнут против течения (рис. 4), то текущая вода проникает в эту так называемую «трубку Пито» и устанавливается в ней выше уровня реки на определенную величину Н, зависящую от скорости течения.

Железнодорожные инженеры «обратилн» это явление: они двигают загнутую трубку в с т о я ч е й воде,— — 18— и вода в трубке поднимается выше уровня водобма. Движение заменяют покоем, а покой движением. На станции, где тендер паровоза должен, не останавливаясь, запастись водой, устраивают между рельсами длинный водоем в виде канавы (рис. 4). С тендера спускают изогнутую трубу, обращбнную отверстием в сторону движения. Вода, поднимаясь в трубе, подается в тендер быстро мчащегося поезда(рис. 4, вверху направо).

Как высоко может быть поднята вода этим оригинальным спзсобом? По законам того отдела механики, который носит название гидромеханпки и занимается движением жидкостей, вода в труоке Пито должна подняться на такую же высоту, на какую взлетело бы вверх тело, подброшенное о~весно со скоростью течения воды; если пренебречь потерей энергии на трение, завихрения и т. д., то эта высота Н определяется формулой Н= — —, ю 2е где !' — скорость воды, а д — ускорение силы тяжести, равное 9,8 м)селе, В нашем случае скорость воды по отношению к трубе равна скорости поезда; взяв скромную скорость Зб км)'час, имеем ~l=!О м)сект) следовательно, высота поднятия воды !00 2 9,8 2 9,8 Ясно, что каковы бы ни были потери, вызванные трением и другими, не принятыми во вниманиеобстоятельствами, высота поднятия достаточна для успешного наполнения тендера.

Коперник и Птолемей У читателя, без сомнения, уже зародился вопрос: как же с точки зрения классического принципа относительности надо разрешить спор Коперника и Птолемея о движении Земли? Хотя в этом случае речь идет не о прямолинейном движении, и следовательно, вопрос выходит за пределы, охватываемые принципом относительности классической механики, мы все же не оставим его здесь без рассмотрения. "! Здесь, как и в дальнейшем изложении, хм/час обозначает километр в час, м!сед соответственно обозначает метр в секунду, а и/сект — единицу ускорения, т.

е. ускорение такого равнопеременного движения, при котором скорость изменяется на ! м/сел за ! секунду. Итак, что вокруг чего ооращается, Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли? Такая постановка вопроса неправильна. Спрашивать, какое из двух указанных движений совершается «в действительности», — бессмысленно: тело может двигаться лишь по отношению к другому телу; двигаться же безотносительно нельзя, Поэтому на поставленный вопрос надо ответить следующим образом: Земля и Солнце движутся одно относительно другого так, что при наблюдении с Земли Солнце кажется обращающимся вокруг Земли, а при наблюдении с Солнца— Земля кажется обращающейся вокруг Солнца.

Прислушаемся к мнению астронома-физика: «Истина планетных движений была затемнена птолемеевой схемой и стала ясной в схеме Коперника, Но для обыкновенных земных явлений положение обратное: птолемеева схема позволяет выявиться нх естественной простоте. Земная, или птолемеева, схема естественно приноровлена к земным явлениям, а солнечная, или коперникова, приноровлена к явлениям солнечной системы; но мы не можем одну из них сделать пригодной для обеих систем, не вводя излишних усложнений», Вы согласитесь с этим, если вспомните, что ни один астроном, не исключая и самого Коперника, не отказывался от «птолемеевского» выражения «Солнце восходит» и не заменял его «коперннковскйм»: «Земля в свобм вращательном движении подставляетлучам Солнца то место, в котором я нахожусь», Для определения времени дня воззрение Птолемея у д о б н е е или, во всяком случае, привычнее воззрения Коперника, и мы без колебания становимся в этом случае на точку зрения древнего грека.

Кто вздумал бы описывать солнечный восход в терминах учения Коперника, тот не сразу был бы понят'). Иы выделили слово «удобнее», чтобы подчеркнуть разницу между тем, что представляется, и тем, что истинно. Открытие гениального польского ученого Николая Коперника оказалось в согласии со всем многообразием физических явлений и стало краеугольным камнем современной астрономии. ') Один из внимательных читателей поставил по этому поводу вопрос: «Какую картину движения увидит наблюлатель, рассматривающий нашу планетную систему извне, с какой-нибудь отда- — го— Как надо понимать закон инерции Теперь, после того как мы так подробно побеседовали об относительности движения, необходимо сказать несколько слов о тех причинах, которые вызывают движение, — о силах.

Прежде всего нужно указать на закон независимости действия сил; он формулируется так: де йствие силына тело не зависит от того, находится ли тело в покое или движется по инерции, либо под влиянием других сил. Это —, следствие так называемого «второго» из тех трех законов, которые положены Ньютоном в основу классической механики. Первый — закон инерции; третий— закон равенства действия и противодействия, Второму закону Ньютона будет посвящена вся следующая глава, поэтому здесь мы скажем о нбм всего лишь несколько слов.

Смысл этого закона состоит в том, что изменение скорости, мерой которого служит ускорение, пропорционально действующей силе и имеет одинаковое с ней направление. Этот закон можно выразить формулой Р=лг а, где Р— сила, действующая на тело; и — его масса н а — ускорение тела. Из трйх величин, входящих в эту формулу, труднее всего понять, что такое масса.

Нередко смешивают ее с весом, но в действительности масса н вес — совсем не одно и то же: Массы тел можно сравнивать по тем ускорениям, которые они получают под влиянием одной и той же силы. Как видно из только что написанной формулы, масса при этом должна быть ленной звезды7 Будет ли Земля для этого наблюдателя кружиться около Солнца, или наоборот7е Отвечая на этот вопрос, надо прежде всего вспомнить, что абсолютно неподвижного наолюдательного пункта быть не может. Звезда, откуда смотрит наблюдатель, неполвнжна относительно какого-либо другого тела. Если наблюдатель неподвижен относительно Солнца, то он увидит Землю, обращающуюся около Солнца.

Если он неподвижен относительно Земли, он увидит Солнце, кружащееся около Земли. Если же он неподвижен относительно какого-либо третьего тела (например, другой звезды), то ему представятся движущимися — по тому или иному пути — и Солнце и Земля. — гу— тем больше, чем меньше ускорение, приобретенное телом под влиянием этой силы. Закон и н е р ц и и, хотя и противоречит привычным представлениям человека, не изучавшего физики, наиболее понятен из всех трех законов'). Однако иные понимают его совершенно превратно. Именно, инерцию определяют нередко как свойство тел «сохранять свой с ос т о я н и е, пока внешняя причина не нарушит этого состояния».

Такое распространанное толкование подменяет закон инерции законом причинности, утверждающим, что ничто не происходит (т. е, никакое тело не изменяет своего состояния) без причины. Подлинный закон инерции относится не ко всякому физическому состоянию тел, а исключительно к состояниям п о к о я и д в и ж е н и я. Он гласит: Всякое тело сохраняет свой состояние покоя или прямолинейного и равномерного движения до тех пор, пока действие сил не выведет его из такого состояния.

Характеристики

Список файлов книги