30
О всемирном тяготении, приливах и отливах
Доктор педагогических наук
Н. А. РОДИНА
В одной из книг, посвященных путешествиям, описано такое градиенное явление: в часы приливов в лагуну одного из островов Альдабра (эти острова лежат в заливе Индийского океана у восточных берегов Африки) устремляются мощные потоки воды; в прошиве, соединяющим лагуну с океаном, скорость течение достигает 25 км/ч, а масса втекаюшей воды составляет несколько миллиардов тонн. В часы отливов вода устремляется назад, в океан, до лагуны обнажается почти на две трети, и на отмежных бродят тысячи птиц, выискивающих добычу.
Какие же колосальные силы «выплескивают» воду из лагуны в часы отлива и поднимают ее во время прилива? Это силы всемирного тяготения.
Часто говорят, что Ньюотон приSELк мысли о существовании сил прияжения между всеми телами природы, наблюдая падение яблока на Землю.
Но открытие и изучение силы тяготения имеет сложную историю.
Еще учены perвых греческих школ (V—IV в. до н. э.) утверждали, что «подобное стремится соединиться с подобным». В течение всего средневековья эта идея поддерживает аналгорий с прияжением магнитов.
Много замечательных имен мы встретили, изучая историю становления учения о всемирном тяготении. Это и Тихо Браге, в течение двадцати лет наблюдающий планеты солнечной системы и оставивший многочисленные точные данные об их движении, и Юганн Кеплер, установивший на основе этих данных законы движения планет и высказавший мысль о том, что прийной врашення Луны вокруг Земли является прияжение, и Галилео Галилей, открывший спутники Юпитера, и многое другое. Но мы обратимся к работам Ньюотона, который принадлежит открытие закона всемирного тяготения.
«Лабораторий» для Ньюотона служил космос, телами, с которых он проводил «опыты», — Солнце и планеты солнечной системы. Изучая данные о движении планет, он пришел к выводу, что во всех случаях тело, находящемся в центре (Солнце по отношению к планетам и планеты по отношению к своим спутникам), действует на обращающееся вокруг него тело с некоторой силой, которая и удерживает тело на орбите. Очень важным, решающим для установления закона всемирного тяготения был сделанный им вывод: сила, удерживающая небесное тело на орбите, обратно пропорциональна квадрату расстояния от центраного тела.
А следующее положение, установленное Ньюотоном, гласит: «Тяготение существенно во всем телам вообще и пропорционально массе каждой из тел».
Итак, все тела прияживаются друг к другу. Но если тяготение — свойство всех тел, то почему в нашей обиденной жизни мы замещаем только одно его проявление — прияжение тел Землей (и замещаем ошибимо, когда несем тягежный груз!)? Почему, сидя за партий рядом с товарием, мы неощущаем взаимного прияжения?
На это ответает Ньюотон: «Если кто возразит, что все тела, находящиеся
31
у нас, по этому закону должны быть тяготеть друг к другу, тогда как такого тяготение совершено неощущается, то я на это отвечу, что тяготение к этим телам, будучи во столько же меньше тяготения к Земле, во сколько раз масса тела меньше массы всей Земли, оказывается гораздо меньше такого, которое могло бы бытьощущено».
Оказывается, с которой приятывают друг друг два человека, находящиеся на расстоянии в один метр (например, сидящие за одним столом), равна приблизительно 0,00000025 Н.
Значит, ссыла приятжения, в одном случае удерживающей планеты на орбитах, могут быть в другом случае неощущимо малыми.
Запишем закон всемирного тяготения в виде формулы, введя коэффициент пропорциональнойности (G), связывающий силу тяготения (F) двух тел с их массами ( и ) и расстоянием между ними (r):
(*)
Что бы числить силу взаимного приятжения двух тел, нужно знать, чем равен коэффициент G, то есть знать, с какой силой приятываются друг к другу два тела, имеющие массы, равные единице, на расстоянии, равном единице.
Коэффициент этот можно определить только опытным путем. Он носит название gravitationной постоянной («гравитация» — латинское слово, в переводе на русский язык — тяжесть). Это первый в истории физики постоянная («константа» по-латили), первая в семьеConstant, которые называют универсальными, то есть одинаковыми для всех тел природы. Ньютон введет эту константу в научку, но не он определил ее значение.
Трудности определения постоянной тяготения обусловлены тем, что gravitationное приятжение тел, использых в laboratorных опытах, «безнадежно» мало, и для его измерения нужны тончайшие приемы.
…Английский ученый Генри Кавендиш стол тщательно выполнял научные измерения, что его добросовестность даже отмечена в истории физики. Свои работы он публиковал только тогда, когда полностью был уверен вправильности и точности получения результатов. Возможно, именно стол высокая требовательность к себе привела к тому, что о многих открытиях Кавендиша (и очень важных для науч открытия!) узнали почти через сто лет после того, как они были сделаны им, при изучении его записей.
Именно Генри Кавендиш в 1798 году определил в условиях laboratorии gravitationную постоянную. Схема установки, которой он пользовался, изображена на рисунке 1.
Два небольших свинцовых шара (1 и 2) были прикреплены к концам легкого стержня, подвешенного за середину на длиной тонкой нити. К этим шарам подносились большие шары (A и B). Шары приятывались,стержень поворачивался и закручивались. Закручивание прекращалось, когда действие силы упругостини уравновешивалось действием силы тяготения между большим и малым шаром. А какова сила упругостини при разных углах закручивания — это Кавендиш измерил заранее. Так
(Puc. 1.)
(Окончание см. на c. 34)