Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Ну, а если не придираться к мелочам, могут ли все-таки результаты опыта быть ошибочными? Могут, нз-за нехватки точности. Например, масса предмета кажется неизменной; вращающийся волчок весит столько же, сколько лежащий на месте. Вот вам и готов «законы масса постоянна и от скорости не зависит. Но этот «закон», как выясняется, неверен. Оказалось, что масса с увеличением скорости растет, но только для заметного роста нужны скорости, близкие к световой. Прав льный закон таков: если скорость предмета меньше 100 пм!сен, масса с точностью до одной миллионной постоянна.
Вот примерно в такой приближенной форме этот закон верен. Можно подумать, что практически нет существенной разницы между старым законом и новым. И да„ и нет. Для обычных скоростей можно аабыть об оговорках и в хорошем приближении считать законом утверждение, что масса постоянна. Но на больших скоростях мы начнем ошибаться, и тем больше, чем скорость выше. Но самое замечательное, что г общей точки зрения любой приближенный закон абсолютно ошибочен. Наш вагляд на мир потребует пересмотра даже тогда, когда масса изменится хоть на капельку.
Это — характерное свойство общей картины мира, которая стоит за законами. Даже незначительный эффект иногда требует глубокого изменения наших воззрений. Так что же нам нужно изучить сначала? Учить ли нам правильныг, но необычные законы с их странными и трудными понятиями, например теорию относительности, четырехмерное пространство-время и т. д.? Илн же начать с простого закона «постоянной массыь? Он хоть и приближенный, но аато обходится без трудных представлений. 11ервое, бесспорно, приятней, притягательней; первое очень соблазняет, но со второго начать легче, и потом ведь это первый шаг к углубленному пониманию правильной идеи. Этот вопрос встает все время, когда преподаешь фиаику. На разных этапах курса мы по-равному будем решать его, но на каждой стадии мы будел«стараться изложить, чтб именно сейчас известно и с какой точностью, как это согласуется с остальным и чтб моя«ет измениться, когда мы уанаем об этом больше.
Давайте перейдем к нашей схеме, к очерку нашего понимания современной науки (в первую очередь физики, но также и прочих близких к пей паук), так что, когда позже нам придется вникать в равные вопросы, мы сможем видеть, что лежит в их основе, чем они интересны и как укладываются в общую структуру. Итак, как жг выглядит картина мира? ~ М.
Вещеспьво сост«гам««« мз тгьомов Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фрава, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это — атомная гипотеза (можете называть ее не гипотеаой, а фактом, но это ничего не меняет): всг тела состоят иг атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно иг них плотнее прижать к другому.
В одной этой фраае, как вы убедитесь, содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения. Ф и г. 1.1. Л'апяя ввдн (увеяиченная в мпягиард раг). Чтобы показать силу идеи атома, представим себе капельку воды размером 0,5 см.
Если мы будем пристально разглядывать ее, то ничего, кроме воды, спокойной, сплошной воды, мы пе увидим. Даже под лучшии оптическим микроскопом при 2000-кратном увеличении, когда капля примот размеры болыпой комнаты, и то мы все си1« увидим относительно спокойную воду, разве что по ней начнут шнырять какие-то «футбольные мячи». Это парамеция — очень интересная штука. На этом вы можете задержаться и заняться парамецией, ее ресничками, смотреть, как она сжимается и разжимается, и на дальнейшее увеличение махнуть рукой (если только вам не захочется рассмотреть ее изнутри).
Парамециямп занимается биология, а мы прошествуем мимо ннх и, чтобы еще лучше разглядеть воду, увеличим ее опять в 2000 раз. Теперь капля вырастет до 20 км, и мы увидим, как в ней что-то кишит; теперь она уже не такая спокойная и сплошная, теперь она напоминает толпу на стадионе в день футбольного состязания с высоты птичьего полета. Что же это кишит? Чтобы рассмотреть получше, увеличим еще в 250 раз. Нашему взору представится что-то похожее на фиг, (.1.
Это капля воды, увеличенная в миллиард раз, но, конечно, картина эта условпая. Прежде всего частицы изображены вдесь упрощенно, с резкими краями — зто первая неточность. Для простоты ояи расположены на плоскости, на самом же деле онв блуждают во всех трех измерениях — это во-вторых. На рисунке видны «кляксы» (или кружочки) двух сортов — черные (кислород) и белые (водород); видно, что к каждому кислороду пристроились два водорода, (Такая группа из атома кислорода и двух ато«вов водорода называется молекулой.) Наконец, третье упрощение заключается в том, что настоящие частицы в природе беспрерывно дро»кат и подпрыгивают, крутясь и вертясь одна вокруг другой.
Вы должны представить себе на картинко не покой, а движение. На рисунке нельая также показать, как частицы «липнут друг к другу», притягиваются, пристают одна к одной н т. д. Можно скааать, что целые их группы чем-то «склеены». Однако пи одно из телец ие способно протиснуться сквозь другое. Если вы попробуете насильно прижать одно к другому, они оттолкнутся. Ф и г. 1.Э. Пор под мигроггопо.г.
Радиус атомов примерно равен 1 ялп 2 на 10 ' сж. Величина 10 ' сэг это ангстрем, так что радиус атома равен 1 или 2 ангстремам (А). А вот другой способ запомнить размер атома: если яблоко увеличить до размеров Земли, то атомы в яблоке сами станут раамером с яблоко. Представьте теперь себе эту каплю воды с ее частичками, которые приплясывают, играют в пятнашки и льнут одна к другой. Вода сохраняет свои объем н не распадается на части именно из-эа взаимного притяжения молекул.
Даже катясь по стеклу, капля не растекается, опять-таки из-за притяжения. И все вещества не улотучиваются по той же причине. Движение частиц в теле мы воспринимаем как шеилоту; чем выше температура, тем сильнее движение. При нагреве воды толчея среди частиц усиливается, промежутки между ними растут, и наступает миг, когда притяжения между молекулами уже не хватает, чтобы удержать их вместе, вот тогда они и уггетучивиются, удаляются друг от друга. Так получают водяной пар: при повышении температуры усиливается движение и часпшы воспаряют.
На фнг. 1.2 показан пар. Рисунок этот плох в одном— при выбранном нами увеличении на комнату придется всего несколько молекул, поэтому сомнительно, чтобы целых 2',, молекулы оказались на таком маленьком рисунке. На такой площадке скорее всего не окажется нн одной частицы. Но ведь надо что-то нарисовать, чтоб рисунок не был совсем пустым. Глядя на пар, легче увидеть характерные черты молекул воды. Для простоты на рисунке угол между атомами водорода ваят 120'. На самом же деле он равен 105'3', а промежуток ме.кду центрами атомов кислорода и водорода равен 0,957 Л.
Как видите, мы довольно хорошо представляем себе эту молекулу. Давайте рассмотрим некоторые свойства водяного пара нлн других газов. Разрозненные молекулы пара то и дело ударяются о стенки сосуда. Представьте себе комнату, в которой множество теннисных мячей (порядка сотни) беспорядочно и беспрерывно прыгают повсюду. Под градом ударов стенки расходятся (так что их надо придерживать). Эту неумолкаемую дробь ударов атомов наши грубые органы чувств (их-то чувствительность Вгэ Ф и е, 1,8. 1(илиндр е иориенем.
не возросла в миллиард раз) воспринимают как постоянный напор. Чтобы сдержать газ в его пределах, к нему нужно приложить давление. На фиг. 1.3 показан обычный сосуд с газом (без него не обходится ни один учебник) — цилиндр с поршнем, Молекулы для простоты изображены теннисными мячиками, или точечками, потому что форма их не имеет значения. Они движутся беспорядочно и непрерывно. Множество молекул беспрерывно колотит о поршень.
Их нецрекращаемые удары вытолкнут его из цилиндра, если не приложить к поршню некоторую силу — давление (сила, собственно,— зто давление, умноженное на площадь). Ясно, что сила пропорциональна площади поршня, потому что если увеличить его площадь, сохранив то же количество молекул в каждом кубическом сантиметре, то и число ударов о поршень возрастет во столько же раз, во сколько расширилась площадь.
А если в сосуде число молекул удвоится (и соответственно возрастет их плотность), а скорости их (и соответственно температура) останутся прежними? Тогда довольно точно удвоится и число ударов, а так как каждый из них столь яее «знергичек», как и раньше, то выйдет, что давление пропорционально плотности. Если принять во внимание истинный характер сил взаимодействия атомов, то следует ожидать и небольшого спада давления из-за увеличения притяжения между атомами и легкого роста давления из-за увеличения доли общего объема, занятого самими атомами. И все же в хорошем приближении, когда атомов сравнительно немного (т.
е. при невысоких давлениях), давление пропорционально плотности. Легко понять и нечто другое. Если повысить температуру газа (скорость атомов), не меняя его плотности, что произойдет с давлением1 Двигаясь быстрей, атомы начнут бить по поршню сильнеи; к тому же удары посыплются чаще — и давление возрастет. Вы видите, до чего просты идеи атомной теории. А теперь рассмотрим другое явление. Пускай поршень медленпо двинулся вперед, заставляя атомы тесниться в меныпем объеме. Что бывает, когда атом ударяет по ползущему поршню? Ясно, что после удара его скорость повышается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
