РОЗВИТОК ФІЗИЧНОЇ КАРТИНИ СВІТУ
Розділ IV Механічна робота та енергія
& 38. РОЗВИТОК ФІЗИЧНОЇ КАРТИНИ СВІТУ
Незвичність звичайного
Декілька років тому австрійський парашутист здійснив затяжний стрибок зі стратосфери з висоти 39 км. Оскільки повітря на такій висоті дуже розріджене, то падіння досить довго було майже вільним.
Вільне падіння – дивовижне і не до кінця вивчене явище. По-перше, вільно падаюче тіло нічого не важить – воно знаходиться в стані невагомості. По-друге, і це найдивовижніше – всі вільно падаючі тіла, незалежно від маси, падають
Гіпотези потрібно перевіряти
У повітрі важчі тіла випереджають легкі і про це свідчить наш повсякденний досвід. Видатний вчений Стародавнього світу Аристотель свого часу висловив гіпотезу, що важчі тіла і у вакуумі падатимуть швидше. Лише через 2000 років італійський фізик Галілео Галілей наважився перевірити гіпотезу Аристотеля. Він став першим в історії вченим, який спробував підтвердити своє припущення про незалежність прискорення
Мал. 38.1. Затяжний стрибок
Мал. 38.2. Падіння тіл різної маси відбувається практично однаково
Відмінність античного мислення від сучасного
Виявляється, люди не завжди досліджували фізичні явища однаково. В античному світі не було прийнято перевіряти гіпотези на досліді, а тільки теоретичними міркуваннями.
Ще одна відмінність – в часи Стародавньої Греції не було місця для вакууму. Розум тодішніх вчених не сприймав пустого простору. Аристотельвважав, що вода слідує за поршнем насосу, тому що природа “боїться” пустоти.
Така теорія не давала можливості будувати систему водопроводу в сьогоднішньому розумінні цього слова. По знаменитих римських акведуках(мал. 38.3) вода текла струмочком по похилому жолобу. Що вода може опускатися в трубі, а потім знову підійматися – не приходило в голову.
Тільки досліди Торрічеллі (мал. 38.4) показали, що існує атмосферний тиск і що він дуже великий. На кожен квадратний метр поверхні діє сила, яку чинив би тягар у 10 тонн. Зверніть увагу, що світ змінюють не тільки нові знання і факти, а й новий спосіб мислення.
Мал. 38.3. Акведук – античний водовід
Мал. 38.4. Тиск атмосфери і вакуум
Дослідження вільного падіння за допомогою вакуумного насосу
Те, що нам сьогодні здається звичним, колись було дивовижним. Ми вже говорили про те, які цікаві досліди показував своїм співвітчизникам бургомістр міста Магдебург Отто фон Геріке. Він зміг це зробити, користуючись винайденим ним вакуумним насосом.
Біля поверхні землі спостерігати вільне падіння важко – заважає повітря. Але видатний англійський фізик Ісак Ньютон використав вакуумний насос, щоб викачати повітря з скляної труби і спостерігав, як свинцева дробинка і пір’їнка падали разом. Таким чином Ньютон підтвердив спостереження Галілея: тіла різної маси у стані вільного падіння падають однаково.
Здавалося б, що з вільним падінням вже все ясно, але ще Ньютона, а згодом і Ейнштейна непокоїла загадка маси.
Загадка двох мас
Коли ми не можемо миттєво прискорити чи зупинити тіло, то це тому, що при зміні швидкості починає проявляти себе “інертна маса”. Коли важка валіза відтягує нам руку вниз, сигналізує про себе “гравітаційна, тобто важка” маса. Причому обидві маси в кожного тіла однакові. А от цей факт якраз і не очевидний!
Мал. 38.5. 140 м вежа для дослідження вільного падіння
У місті Бремен є лабораторія, в якій досліджують вільне падіння у вакуумній трубі висотою 140 м (мал. 38.5) – це гігантський варіант трубки Ньютона. її ще називають п’ятисекундною трубою, бо час падіння в цій трубі триває приблизно 5 с.
На що надіються дослідники? Вони сподіваються, що збільшивши точність вимірювання, вдасться помітити хоч і маленьку, але розбіжність між інертною і гравітаційною масами тіла. Поки що їх зусилля не увінчалися успіхом.
Темна маса
Вчені ще не встигли до кінця розібратися з вільним падінням, а одночасно від астрофізиків і від дослідників у галузі ядерної фізики поступили дані про можливість існування третього різновиду маси, яку поки що називають темною, і яку наявні прилади нездатні сприймати.
Кожен крок уперед в науці дає нові факти і загадки, які починають вивчати вже інші покоління дослідників. Два нанограми протонів в такій супермашині як колайдер вдалося за десять годин розігнати майже до швидкості світла. Але, якщо подумати, то один грам протонів потрібно буде розганяти на протязі мільйонів років – ось такий теперішній стан нашої науки з погляду майбутнього!
Походження Всесвіту
Астрофізики встановили, що Всесвіт розширюється, більшість галактик віддаляються від нас і одна від одної, а швидкість найвіддаленіших об’єктів досягає 240 000 км/с.
Це навело вчених на думку, що наш Всесвіт з’явився близько 15 млрд. років тому в результаті гігантського вибуху. Відлуння цього вибуху “звучить” ще й досі, а “почути” його можна за допомогою дуже чутливих антен радіотелескопів (мал. 38.6), які постійно прослуховуютькосмічний простір.
Мал. 38.6. Радіотелескопи
У різних віддалених куточках Всесвіту можна спостерігати народження і загибель зір, а також катастрофи надзвичайного масштабу – вибухи наднових зірок і зіткнення цілих галактик (мал. 38.7).
Останні досягнення астрофізики
Сила тяжіння діє на відстані, але як вона передається від тіла до тіла не зовсім зрозуміло. Гравітаційна сила викликає тільки притягання і ще ніколи не спостерігалося відштовхування. Зараз, завдяки ефекту гравітаційного лінзування (мал. 38.8), з’явилися дані, які свідчать про прискорене розширення Всесвіту, а це можна пояснити хіба що наявністю антигравітації і “темної енергії”.
Обертання краю нашої Галактики відбувається значно швидше, ніж це розраховано за нині наявними формулами, що свідчить про існування прихованої (“темної”) маси, яку сучасні прилади навіть не здатні сприйняти.
Зорі бувають набагато більшими й гарячішими за Сонце, а бувають і зовсім маленькими й порівняно холодними. Деякі з них стискаються силами тяжіння до такої міри, що один кубічний сантиметр речовини так званої нейтронної зорі важить сто мільйонів тонн. Інші стискаються ще більше і зникають із поля зору, перетворюючись на “чорну діру”, яка не випускає зі своєї сфери дії навіть світло. Усі ці надзвичайно цікаві дані отримані за допомогою спектрометрів і цифрових фотокамер.
Прилади ці працюють цілодобово – як на Землі, так і в космосі.
Мал. 38.7. Зіткнення
Мал. 38.7. Гравітаційні лінзи, утворені тяжінням віддалених галактик, свідчать про новий вид енергії
Космічні телескопи
Сучасні системи зв’язку дають змогу отримувати інформацію від різноманітних пристроїв, навіть не виходячи з дому – через систему Інтернет. Саме так з американського космічного телескопа “Хаббл” (мал. 38.9) отримано фотографію галактики М 31.
На орбіті знаходиться і український телескоп “Астрон-1”, а космічний апарат “СІЧ-1М” досліджує Світовий океан. Ці складні прилади й апарати спроектували українські фізики. Отримана інформація, опрацьовується і аналізується. Ось так і з’являються малі й великі відкриття.
Мал. 38.8. Знімки зроблені космічним телескопом Хаббл дуже чіткі, бо не заважає атмосфера
Що рухає дослідниками
У наш вік повітряних лайнерів і космічних ракет людей важко чимось здивувати. Але завжди є гідною подиву людська допитливість. Пригадаємо іще раз про те, що першими відірвалися від землі повітряні кулі, які побудували брати Монгольф’є, тому що дуже хотіли літати.
Внизу, біля відкритого отвору кулі, вони розпалили вогонь із соломи і шерсті. Коли повітря всередині розігрілося, куля полетіла і піднялася на висоту 1 000 м, пробувши в повітрі 10 хвилин. Вона приземлилася за півтори милі (2,4 км) від місця старту.
У вересні 1782 року у Версалі відбувся політ подібної кулі в присутності короля і королеви Франції, придворних і послів різних країн. Першимипасажирами були вівця, півень і качка. Політ тривав 23 хвилини, а куля пролетіла 9 км. Посол Росії у Франції Барятинський писав “о поднятии навоздух великой тягости посредством дыма”: “Величие сего зрелища и чувствование, какое происходило в нескольких ста тысячах народа, описать никак невозможно, ибо радость, страх, ужас и восторг видимы были на всех лицах”.
Ісак Ньютон (Isaac Newton, 1643-1727) – англійський фізик і математик. Відкрив закон всесвітнього тяжіння, розклав біле світло на кольори й сформулював три основні закони механіки. Його наукова праця “Основи натуральної філософії” – одна з найвидатніших в історії науки.
Ісак Ньютон народився 1643 р. в невеличкому англійському селі Вулсторп. У дитинстві любив майструвати різні механічні пристрої, самотужки побудував невеличкий млин. У 12 років його віддали на навчання в міську школу ближнього містечка Грентем. Спочатку він учився посередньо, але в старших класах почав настирливо працювати й став кращим учнем.
Потім Ньютон навчався в Трініті коледжі. І по сьогоднішній день біля входу до воріт коледжу росте яблуня в пам’ять про яблуко, яке “спричинило” відкриття закону тяжіння.
У віці 27 років він став професором Кембриджського університету. Цей університет славиться фізичною і математичною школою й дотепер. У 1668 р. Ньютон сконструював перший дзеркальний телескоп (мал. 38.9), який потім удосконалив. За цей винахід його обрали членом Лондонського королівського товариства (Англійська академія наук). На основі переконливих експериментів з розкладання білого світла на сім складових кольорів він розвинув теорію світла.
У 1688 р. Ньютона обрали членом англійського парламенту, і він два роки провів у Лондоні. Пізніше Ньютона призначили директором Монетного двору Англії (у наш час це посада міністра фінансів). Він провів дуже важливу для країни грошову реформу і досить жорстко боровся з казнокрадами.
У 1703 р. його обрали президентом Лондонського королівського товариства, а в 1705 р. королева Анна вперше в історії Англії надала йому титул дворянина і подарувала маєток.
Ньютон був оригінальною людиною, і про нього розповідають багато цікавих історій. Друзі, які навідували Ньютона, помітили, що хвіртка біля його дому досить важко відкривається.
Виявилося, що Ньютон прилаштував до неї водяну помпу і кожен відвідувач накачував трохи води в резервуар на горищі.
Ньютон не любив відволікатися від роботи, і щоб кішка не докучала, просячись до хати, зробив у дверях невеликий отвір. Коли з’явилися кошенята, він зробив ще сім менших отворів, бо кошенята зчиняли страшенний галас, коли кішка пролазила у свій отвір без них.
Мал. 38.9. Дзеркальний телескоп Ньютона
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...