100 великих научных открытий - [54]

Примерно так Ньютон представлял себе Солнечную систему, где само Солнце играет роль руки, а каждая планета выступает шаром, привязанным к светилу веревкой-тяготением. Обитателям планеты кажется, будто она не движется, потому что центростремительная гравитационная сила, направленная к центру вращения, равна центробежной, направленной от центра к телу. В то же время со стороны видно, что из-за силы тяготения планета постоянно меняет свое направление и ускоряется (Ньютон говорил «изменяет движение») — то есть двигается равноускоренно.

Итак, первый закон движения описывает, действует ли на объект внешняя сила, а второй между тем демонстрирует, как именно приложенные силы влияют на ускорение объекта. Ньютон нашел, что соотношение силы и ускорения прямо пропорционально: чем активнее толкать какой-либо объект, тем больше он будет ускоряться. А вот если толкать несколько разных объектов с одной силой, то лучше всех разгонится самый легкий — то есть ускорение тела обратно пропорционально его массе.

Из этого Ньютон заключил, что предсказать состояние и поведение любой механической системы (в том числе Вселенной) очень просто. Нужно только рассчитать, сколько весят все составляющие этой системы (либо выяснить их местоположение и скорости), а также узнать, куда направлены и насколько велики действующие там силы. Такая убежденность в простоте устройства мира сохранялась до конца XIX в., когда сформировался новый раздел физики — квантовая механика.

Ну а суть третьего закона движения в том, что любое действие встречает противодействие. Спрыгнув со ступеньки, мы чувствует удар о землю, но и земля получает от нас удар такой же силы. Когда мы бросаем мяч, он отскакивает от земли с силой, какую мы к нему приложили, только направленной не вниз, а вверх. Так и ружье отскакивает при выстреле — ведь выпущенная пуля отдает ему приложенную силу. При этом силы действия и противодействия имеют разную природу. Скажем, Земля тянет к себе мяч гравитацией, а мяч влияет на землю собственным притяжением, поэтому фактически мяч и земля устремляются навстречу, но поскольку первый несопоставимо легче второй, то его ускорение заметно, а ускорение Земли — нет.

Хотя квантовая физика впоследствии продемонстрировала, что законы Ньютона не универсальны, им подчиняется большинство природных явлений — по крайней мере тех, что происходят в макромире и касаются нашей обыденной жизни. Не зная и не соблюдая этих законов, люди не могли бы строить дома, конструировать машины, запускать в космос корабли… Так что данное открытие предоставило человечеству огромные возможности в познании мира и развитии технологий.

Основные законы гидростатики

«Эврика!» («Нашел!») — такое восклицание вырвалось у древнегреческого ученого Архимеда в связи с открытием, что если какой-либо предмет опустить в жидкость или поместить в газообразное вещество, то его вытолкнет с такой силой, которую можно приравнять к весу вытесненной субстанции. Закон получил имя великого ученого и статус основы гидростатики. А между тем Архимед (287–212 до н. э.) пришел к нему совершенно случайно.

Однажды придворный ювелир по заказу своего государя — правителя Сиракуз Гиерона — смастерил венец из золота. Монарх заподозрил умельца в обмане: мол, не смошенничал ли ты, голубчик, изготовив венец не из чистого золота, а из сплава с серебром? Проверить это, не повредив изделия, мог только Архимед. Дни и ночи корпел он над венцом, пытаясь выяснить, из чего же сделано украшение, но все было впустую. Озарение снизошло на ученого лишь в купальне. Погружаясь в воду, он увидел, как вода выплескивается через край, и, осененный гениальной догадкой, с возгласом «Нашел!» помчался домой — проверять свою догадку.

На следующий день он явился ко двору и потребовал у царя емкость, до краев наполненную водой, а также золотой и медный слитки, которые по весу не отличались бы от венца. Гиерон предоставил Архимеду все необходимое, и тот начал свой эксперимент. Опустил в емкость серебро, затем вытащил слиток и измерил, какой объем жидкости вытек. После долил воды и повторил то же самое с золотом и венцом. Золотой слиток вытеснил гораздо меньше жидкости по сравнению с серебряным, а готовое изделие заняло промежуточную позицию. Так и стало ясно, что венец не чисто золотой, а с примесью.

Таким образом, Архимед не только открыл важный физический закон, но еще и придумал, как определить все элементы и их соотношение в составе изделия, не испортив последнее.

После этого прошло немало веков, и только в XVII в. с подачи французского физика и математика Блеза Паскаля (1623–1662) изыскания в области гидростатики, изучающей поведение жидкостей и газов в покое, продолжились. Именно Паскаль поставил знаменитый опыт, в ходе которого вода, льющаяся в бочку с большой высоты, попросту разорвала сосуд.

Как это произошло? Под собственным балконом ученый поставил деревянную бочку, налил в нее воды и плотно закрыл. Затем проделал в крышке дыру и через нее вставил в сосуд длинную, 4-метровую трубку. Потом поднялся на балкон и залил в трубку кружку воды. Как только вода достигла бочки — та разлетелась на дощечки: давление жидкости оказалось слишком мощным, и крепления не выдержали. Несмотря на то, что сама вода в кружке весила всего ничего, попав в трубку, она мгновенно в разы повысила давление на дно сосуда. Поток жидкости плотностью 1 г/см