Измерения и меры - [11]
Рис. 27. В воде тело становится легче.
Вы, вероятно, не раз слышали этот каверзный вопрос-шутку. Кое-кто, не подумав, отвечает: «килограмм свинца тяжелее…».
Такой ответ вызывает обычно взрыв смеха. А между тем дело здесь обстоит не так просто. Сейчас вы убедитесь, что килограмм свинца и впрямь может быть тяжелее, чем килограмм пуха.
Нетрудно заметить, что в воде тела становятся легче. Взвесьте какой-нибудь предмет на пружинных весах (рис. 27, а). Затем опустите его в воду. Как видите, стрелка весов указывает теперь меньшее значение (рис. 27, б).
Впервые такое явление обнаружил и объяснил ещё древнегреческий учёный Архимед. Закон, носящий его имя, гласит: «Всякое тело при погружении в жидкость теряет в своём весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость».
Если тело вытесняет сравнительно немного воды, то и потеря его веса невелика. Таковы камни, куски металла и т. п. Все они под действием притяжения Земли опускаются на дно — тонут.
Если же вытесненная телом вода весит больше его самого, то такое тело становится как бы невесомым. Оно уже не тонет, а наоборот, всплывает. Примером подобных тел служит пробка.
Закон Архимеда справедлив и для газов. Взвесив тело сначала в пустоте, а потом в воздухе, мы обнаружим, что во втором случае вес тела уменьшился. Уменьшение веса зависит от объёма вытесняемого телом воздуха.
Вспомните детский воздушный шар, наполненный водородом. Сколько бы вы ни пытались его взвесить, у вас ничего не получится. Шар будет упорно взлетать вверх, словно свидетельствуя этим о своей «невесомости». Но на самом ли деле он ничего не весит?
Мы знаем, что водород значительно легче воздуха. Оболочка шара вместе с наполняющим её водородом весит меньше, чем вытесняемый шаром воздух. Разница этих весов создаёт так называемую подъёмную силу, благодаря которой воздушный шар и не падает на землю.
Погрешность, обусловленная законом Архимеда, может возникнуть и при взвешивании других тел. Ведь при разных температурах и на различных высотах вес воздуха неодинаков. Так, тёплый воздух легче холодного. У поверхности земли воздух тяжелее, чем высоко в горах, отсюда и результат взвешивания может оказаться различным. Поэтому при очень точных измерениях веса и массы взвешивание производится в безвоздушном пространстве.
Вес тела в пустоте принято называть истинным.
Вернёмся теперь к ответу на наш вопрос. Пусть истинный вес свинцового груза 1 килограмм. Положим этот груз на одну чашку рычажных весов. На другую поместим кипу пуха, истинный вес которой также равен 1 килограмму. Уравновесятся ли чашки весов, если взвешивание производится, как обычно, в воздухе? Оказывается, нет!
Ведь объём свинцового груза очень мал, а объём кипы пуха велик. Кипа вытесняет много воздуха, поэтому она, согласно закону Архимеда, становится заметно легче. Свинцовый же груз весит в воздухе почти столько же, сколько и в пустоте. Разница в весе заставляет чашку со свинцом опуститься, а с пухом — подняться (рис. 28).
Вот и выходит, что килограмм свинца может оказаться «тяжелее», чем килограмм пуха! Конечно, говоря о «килограмме» свинца и «килограмме» пуха, надо помнить, что имеются в виду истинные веса этих тел, а не веса в воздухе.
Рис. 28. Что тяжелее — килограмм свинца или килограмм пуха?
«КОТОРЫЙ ЧАС?»
До сих пор мы говорили главным образом об измерении длины и веса. Между тем существует ещё ряд величин, измерение которых столь же необходимо для человека. Одна из них — время.
В нашей жизни очень многое делается по часам. К определённому часу мы идём на работу, в определённое время отправляются и прибывают поезда, начинаются спектакли, лекции, собрания. Поэтому мы часто спрашиваем: «который час?». Но всегда ли наши часы показывают точное время?
Мы знаем из опыта, что часы за сутки могут уйти вперёд или отстать на несколько секунд, а то и минут. А за несколько месяцев ошибка в их показаниях достигнет часа и даже больше. Доверившись таким часам, мы наверняка опоздаем на поезд, на работу. Чтобы этого не случилось, часы проверяют по сигналам точного времени, которые передаются по радио четыре раза в сутки.
Как же узнают точное время? Как добиваются того, чтобы показания часов всегда были одинаковыми?
Издавна за единицу времени принимают сутки. В течение суток земной шар делает один оборот вокруг своей оси. Земля — это как бы огромная часовая стрелка, указывающая самое точное время.
Но как пользоваться такими часами? Ведь мы не чувствуем, что Земля вращается. Так, пассажир, сидящий в каюте спиной к окну, обычно не чувствует движения парохода. Однако стоит ему взглянуть в окно, и станет ясно, что пароход движется. Так же можно обнаружить и вращение земного шара. Понаблюдайте за звёздным небом — звёзды не стоят на месте. Нам кажется, что небосвод или, как говорят астрономы, небесная сфера вместе со звёздами вращается вокруг невидимой оси. В действительности же, как мы знаем, вращаются не звёзды, а сама Земля. Так и пассажиру, смотрящему в окно каюты парохода, тоже кажется, что движется не пароход, а берег — медленно уплывают назад пристани, мосты, огни прибрежных селений.
