Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия - [67]

Общий принцип эквивалентности запрещает нам называть те виды движения^ которых участвует Земля, абсолютными и заставляет использовать новую механику и геометрию, с помощью которых можно предсказать одни и те же эффекты независимо от того, вращается ли Земля вокруг Солнца или же звезды и Солнце вращаются вокруг Земли. Согласно общей теории относительности, вращающаяся Вселенная будет порождать «центробежные силы» на неподвижной Земле, так что невозможно выяснить (с помощью маятника Фуко или изменения величины g с широтой), вращается ли Земля или вращается то, что ее окружает. Поэтому, возвращаясь к старому вопросу: «Кто прав — Коперник или Птолемей?», мы должны в отличие от Галилея сказать: «Обе точки зрения допустимы, хотя одна из них представляет собой более простое описание явлений, пригодное для практического мышления и работы». Пред нами пример гегелевской идеи развития: тезис — антитезис — синтез.

А ваше мнение об этих четырех случаях?

Сделайте сами выбор. Однако при разборе задач и экспериментов, приведенных в этой книге, советуем пользоваться только центростремительными силами.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫТ

Опыт 4.Простая проверка соотношения «Необходимая сила = Mv²/R»

Вместо сложного устройства, которое можно приобрести вместе с инструкцией типа поваренной книги, где даются рецепты студентам, как «проверить этот закон», мы предлагаем некое приспособление, предназначенное для грубой, но наглядной проверки. Попытайтесь произвести эту проверку с помощью партнера. Если измерения и расчеты не ясны, обратитесь к здравому смыслу и обдумайте все, прежде чем просить о помощи. Сначала внимательно выслушайте воображаемый расчет прибора, который начиняет изобретать исследовательская группа, состоящая из следующих лиц: руководитель Сагредо, главный экспериментатор Сальвиати и его ассистент и критик Симпличио. (Этот прибор был разработан в результате ряда обсуждений с использованием промежуточных экспериментов, в которых проверялась пригодность предлагаемых конструкций.)

САГРЕДО. Мы хотим проверить предсказание о том, что движение по кругу требует некоторой силы, направленной вовнутрь и определяемой соотношением F = Mv²/R. Мы предлагаем крутить на веревке камень и измерять ту реальную силу, с помощью которой мы удерживаем камень на орбите. Затем мы сравним эту силу о той, которая предсказывается соотношениями a = v²/R и F = M∙а.

СИМПЛИЧИО. Нам необходима очень сложная аппаратура: измеритель скорости v.

САЛЬВИАТИ. Вздор. Просто измерьте время одного оборота. Тогда v будет равно длине окружности 2πR, деленной на это время.

СИМПЛИЧИО… и сложный прибор дли измерения силы.

Фиг. 135

САГРЕДО. Неверно. Ведь мы хотим выполнить совсем простую проверку.

САЛЬВИАТИ. Используйте для измерения натяжения веревки пружину. Позже мы сможем определить эту силу, подвешивая пружину и нагружая ее до тех пор, пока растяжение не станет таким же, как при вращении. Мы знаем, что хорошая стальная пружина надежна.

САГРЕДО. Простак! Если так слепо доверять законам, то вы должны помнить об их ограниченности. Знаете ли вы, что пружины могут растягиваться больше, чем это следует из закона Гука?

СИМПЛИЧИО. Мы можем остановить растяжение пружины, связывая ее концы длинной нитью.

САГРЕДО. О, прекрасно! И тогда, когда эта нить будет свободна, она не нужна; а когда ее натянут туго, она испортит наш эксперимент, внося дополнительное натяжение; так мы и не будем знать истинного натяжения.

САЛЬВИАТИ. Я думаю, что мы все же можем использовать предложение Симпличио. Нам как раз нужно знать, как сильно растягивается эта пружина во время вращения, чтобы потом, нагружая ее, мы могли довести ее до такого же растяжения. Если мы соединим концы пружины нитью, как это предложил Симпличио, мы будем вращать камень все быстрее и быстрее до тех пор, пока нить не окажется натянутой. Это мы можем назвать «стандартным растяжением».

СИМПЛИЧИО. Ну ладно, так мы найдем массу и скорость, но как мы измерим R? Удержим ли мы линейку около вращающейся пружины?

САЛЬВИАТИ. Можно измерить R позже, когда пружина будет подвешена вертикально и нагружена до стандартного растяжения.

СИМПЛИЧИО. Я понимаю смысл предложения о стандартном растяжении; но если при этом пружина натянется до предела, вновь будет в силе ваше возражение против предложенной мной нити — сила, добавляемая пружиной, будет неизвестна.

САЛЬВИАТИ. Почти до предела.

СИМПЛИЧИО. Я не понимаю, как мы определим, что пружина натянута почти до предела.

САЛЬВИАТИ. Давайте тогда используем другую, маленькую пружинку, привязанную к нити. Эта маленькая пружинка остается в нерастянутом состоянии, пока большая пружина не натянется туго.

СИМПЛИЧИО. Нужно ли измерять и натяжение маленькой пружинки?

САЛЬВИАТИ. Нет; маленькая пружинка служит только индикатором. Она не будет тянуть до тех пор, пока не начнет растягиваться, а натяжение ее будет столь мало, что создаваемая ею сила незначительна.

СИМПЛИЧИО. Даже я понимаю, что это становится ужасной неразберихой. Маленькая пружинка будет задевать за главную пружину.

САЛЬВИАТИ. Будет лучше, если мы поместим эту маленькую пружинку внутри главной пружины, а не будем протягивать ее снаружи.