Если бы в сосуде или в баке, скользящем вниз без трения, находился вместо воды человек с плотничьим уровнем, он наблюдал бы странные явления. Тело его прижималось бы к наклонному дну сосуда совершенно так же, как в случае покоя прижимается к горизонтальному дну (только с меньшей силой). Значит, для такого человека наклонная плоскость дна сосуда становится словно горизонтальной. Соответственно этому, те направления, которые он до начала движения считал горизонтальными, принимают для него наклонное положение. Перед ним была бы необычайная картина: дома, деревья стояли бы косо, поверхность пруда расстилалась бы наклонно, весь ландшафт повернулся бы «набекрень». Если бы удивлённый «пассажир» не поверил своим глазам и приложил ко дну бака уровень, инструмент показал бы ему, что оно горизонтально. Словом, для такого человека «горизонтальное» направление не было бы горизонтально в обычном смысле слова. Надо заметить, что вообще всякий раз, когда мы не сознаём уклонения нашего собственного тела от отвесного положения, мы приписываем наклон окружающим предметам. Лётчику на вираже и человеку, катающемуся на карусели, кажется, что наклоняется вся окрестность. Горизонтальный пол может утратить для вас своё горизонтальное положение даже и в том случае, когда вы движетесь не по наклонному, а по строго горизонтальному пути. Это бывает, например, при подходе поезда к станции или при отходе от неё, — вообще в таких частях пути, где вагон идёт замедленно или ускоренно. Когда поезд начинает замедлять свой ход, мы можем сделать удивительное наблюдение: нам кажется, что пол понижается в направлении движения поезда, что идём вниз, когда шагаем вдоль вагона в направлении движения, и всходим вверх, когда идём в обратном направлении. А при отправлении поезда со станции пол как бы наклоняется в сторону, противоположную движению. Мы можем устроить опыт, выясняющий причину кажущегося отклонения плоскости пола от горизонтального положения. Для этого достаточно иметь в вагоне чашку с вязкой жидкостью, например глицерином: во время ускорений движения поверхность жидкости принимает наклонное положение. Вам не раз случалось, без сомнения, наблюдать нечто подобное на водосточных желобах вагонов: когда поезд в дождь подходит к станции, вода из желобов на вагонных крышах стекает вперёд, а при отходе поезда — назад. Происходит это оттого, что поверхность воды поднимается у края, противоположного направлению ускорения поезда. Разберёмся в причине этих любопытных явлений, причём будем рассматривать их не с точки зрения покоящегося наблюдателя, находящегося вне вагона, а с точки зрения такого наблюдателя, который, помещаясь внутри вагона, сам участвует в ускоренном движении и, следовательно, относит все наблюдаемые явления к себе, словно считая себя неподвижным. Когда вагон движется ускоренно, а мы считаем себя покоящимися, то напор задней стенки вагона на наше тело (или увлекающее действие сидения) воспринимается нами так, словно мы сами напираем на стенку (или увлекаем сиденье) с равной силой. Мы как бы подвержены действию двух сил: силы R (рис. 22), направленной противоположно движению вагона, и силы веса Р, прижимающей нас к полу. Равнодействующая Q изобразит то направление, которое мы в таком состоянии будем считать отвесным. Направление MN, перпендикулярное к новому отвесу, станет для нас горизонтальным. Следовательно, прежнее горизонтальное направление OR будет казаться поднимающимся в сторону движения поезда и имеющим уклон в обратном направлении (рис. 23). Что произойдёт при таких условиях с жидкостью в тарелке? Ведь новое «горизонтальное» направление
Рис. 22. Какие силы действуют на предметы в вагоне трогающегося поезда?
не совпадает с первоначальным уровнем жидкости, а следует (рис. 24, а) по линии MN. Это наглядно видно на рисунке, где стрелка указывает направление движения вагона. Картину всех явлений, происходящих в вагоне в момент отправления, легко представить себе, если вообразить, что вагон наклонился соответственно новому положению «горизонтальной» линии (рис. 24, б). Теперь ясно, почему вода должна вылиться через задний край тарелки (или дождевого желоба). Вы поймёте также, почему стоящие в вагоне люди должны при этом упасть назад (см. заставку этой главы). Этот всем известный факт обычно объясняют тем, что ноги увлекаются полом вагона в движение, в то время как туловище и голова ещё находятся в покое. Рис. 23. Почему пол трогающегося вагона кажется наклонным? Рис. 24. Почему в трогающемся вагоне жидкость переливается через задний край блюдца? Сходного объяснения придерживался и Галилей, как видно из следующего отрывка: «Пусть сосуд с водою имеет поступательное, но неравномерное движение, меняющее скорость и то ускоренное, то замедленное. Вот какие будут последствия неравномерности. Вода не вынуждена разделять движения сосуда. При уменьшении скорости сосуда она сохраняет приобретённое стремление и притечет к переднему концу, где и образуется поднятие. Если, напротив того, скорость сосуда увеличивается вода сохранит более медленное движение, отстанет и при заднем конце заметно поднимется». Такое объяснение в общем не хуже согласуется с фактами, чем приведённое ранее. Для науки представляет ценность то объяснение, которое не только согласуется с фактами, но и даёт возможность учитывать их количественно. В данном случае мы должны предпочесть поэтому объяснение, которое было изложено раньше,— именно, что пол под ногами перестаёт быть горизонтальным. Оно даёт возможность учесть явление количественно, чего нельзя сделать, придерживаясь обычной точки зрения. Если, например, ускорение поезда при отходе со станции равно 1 м/сек2, то угол QOP (рис. 22) между новым и старым отвесным направлением легко вычислить из, треугольника QOP, где QP:OP = 1:9,8=0,1 (сила пропорциональна ускорению): Значит, отвес, подвешенный в вагоне, должен в момент отхода отклониться на 6°. Пол под ногами словно наклонится на 6°, и, идя вдоль вагона, мы будем испытывать такое же ощущение, как и при ходьбе по дороге с уклоном в 6°. Обычный способ рассмотрения этих явлений не помог бы нам установить такие подробности. Читатель заметил, без сомнения, что расхождение двух объяснений обусловлено лишь различием точек зрения: обыдённое объяснение относит явления к неподвижному наблюдателю вне вагона, второе же объяснение относит те же явления к наблюдателю, участвующему в ускоренном движении.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Когда «горизонтальная» линия не горизонтальна» з дисципліни «Сила тяжіння»
