0:05
Добрый день, уважаемые коллеги!
Мы продолжаем наш разговор о физике,
о физике пока простой, но не школьной.
Итак, начнем с ответов на вопросы,
которые были заданы в конце прошлого эпизода.
Я предложил оценить,
из соображений того, что ответ
должен иметь правильную размерность,
то есть секунды, периоды колебаний
двух простых механических систем:
маятника подвесного и пружинного.
Ответы вы видите на экране.
Если вы заглянете в школьный учебник,
вы увидите, что эти периоды
действительно выражаются очень похожими
формулами, но там будет коэффициент 2π,
но не принципиально…
по порядку величины
из качественных соображений найденные ответы
в общем, соответствуют истинным
Но заметьте, что эти ответы
дают нам уже знания, и знания нетривиальные.
Скажем, период колебаний
подвесного маятника никак не зависит
от массы по той простой причине,
что эту массу никуда
в ответ впихнуть нельзя.
Килограммы, в которых она измеряется,
никакими другими параметрами не сократишь.
И секунды в ответе одинокими не останутся.
То же и с пружинным маятником.
Там никуда не впихивается
ускорение свободного падения.
А это значит, что пружинный маятник
будет колебаться с периодом,
который никак не зависит
от силы тяжести Земли,
то есть что горизонтально его расположи
на плоском столе гладком,
что под углом на наклонной плоскости,
что вертикально — период колебаний
будет один и тот же.
И это соответствует эксперименту.
Ничего практически не вычисляли,
самые простые качественные соображения —
и уже результат.
Но все-таки проекту физика этого мало.
Хочется узнать о движении
и вообще о мире как можно подробнее
и как можно больше и количественно.
Но прежде чем перейти к сегодняшней физике
хотел бы рассказать о первой попытке.
Первая попытка связана с древними греками
еще две с лишним тысячи лет назад,
с трудами человека,
известного под именем Аристотель,
который был, кстати сказать,
домашним учителем у человека еще более известного
(впоследствии) под именем Александр Македонский.
У Аристотеля было много других учеников,
кроме Александра. Они записывали за ним его,
условно назовем это, лекции.
Потом собрали ученики и ученики его учеников
все это в своды неких трудов,
которые составляли основу европейского образования
вплоть до сэра Исаака Ньютона (около 2000 лет).
И что же во всех этих трудах Аристотель
говорит о движении, например?
Кстати, слово "физика" по-гречески,
означает просто "природа".
И оно было введено именно Аристотелем
в его трудах для объединения представления о том,
как эта природа устроена.
В частности, о движении он говорит, что,
так в некой вольной трактовке,
что все движения делятся на
естественные и вынужденные.
К естественным Аристотель относит
движение тяжелых тел вниз.
Камень упал с горы — это естественно,
никаких дополнительных объяснений не требует.
Легкие тела естественным образом
стремятся наверх. Дым от костра
поднимается вверх — тоже без объяснений.
И наконец, небесные тела
движутся по совершенным траекториям,
по окружностям. Действительно,
Солнце описывает в небесном своде
дугу окружности. Все звезды описывают
в небесном своде дугу окружности,
но есть правда семь планет,
которые движутся хитрее,
они как бы вот по каким-то таким
спиралевидным траекториям
перемещаются по небесному своду. Но
эту траекторию тоже можно представить
как наложение парочки
или большего числа окружностей —
как бы колесо, которое катится
по округлой же дороге.
И это естественно,
никаких дополнительных объяснений
Аристотель говорит, не требуется.
А вот все остальные движения — вынужденные.
И для того, чтобы заставить телегу
двигаться прямо, лошадь должна
ее все время толкать.
Для того чтобы заставить лодку
плыть, нужно все время грести.
Правда, говорит Аристотель,
вот такие вот вынужденные движения
можно разделить (или вернее причины,
вынуждающие объекты двигаться)
можно разделить на постоянно действующие,
вот как лошадь постоянно толкает телегу,
и действующие однократно,
скажем, толкнул камень
и он полетел, куда его толкнули.
Такой термин употребляется в записях
трудов Аристотеля — импетус.
Придал импетус, и пока импетус не иссякнет —
лети куда послали. Импетус иссяк —
переходит на естественную траекторию.
Камень летит вверх,
иссяк импетус — колом вниз.
В мультфильмах так любят снимать,
что двигаются разные объекты.
Так вот сегодня в школе нас
учат абсолютно другому.
Нам говорят, что если ничто
не действует на объект, он будет
продолжать двигаться равномерно и прямолинейно,
пока это движение не будет
остановлено каким-то внешним воздействием.
Прямо противоположно тому,
что записано в трудах Аристотеля
и чему 2000 лет учили европейцев
и не только европейцев, арабов тоже,
они тоже основывали свое образование
на работах древних греков
и в частности Аристотеля.
Что же они 2000 лет никак не могли
сообразить, что это не так?
А действительно, вот трудно сообразить.
Дело в том, что мы живем в среде,
заполненной воздухом, водой —
все это сопротивляется нашим движениям.
И сила сопротивления
требует постоянного преодоления.
Но что бы понять, что эта
вынуждающая сила, заставляющая телегу
двигаться прямо, нужна для того чтобы
преодолеть силу сопротивления,
для этого потребовалось много-много времени.
А так, в подходе Аристотеля
тоже получалось многое объяснить количественно.
Ну, например, в 16 веке в Европе
стала активно применяться
(в европейских войнах) артиллерия.
И инженеры тогдашние прекрасно
умели рассчитать, как поставить пушку,
чтобы за крепостной стеной попасть
точно в пороховой склад.
Что они делали? Они говорили:
пороховой заряд придает снаряду
некий импетус, которого хватает на то,
чтобы снаряд пролетел какое-то расстояние.
Вот давайте отстреляем в чистом поле
и посмотрим, на какое расстояние летит снаряд.
А теперь, зная от шпионов,
где находится пороховой склад,
поставим пушку под таким углом,
чтобы импетус иссяк
точно над пороховым складом.
Дальше снаряд упадет на крышу
и если он еще начинен и сам
каким-то порохом, то и взорвет этот пороховой склад,
или просто упадет, потому что он горячий
и по этой причине взорвет.
И работало, и взрывали.
Много лет потребовалось на то,
чтобы сообразить, что то, что
звезды и Солнце движутся по окружностям,
может быть проще объяснить тем,
что движется Земля. Звезды и Солнце,
как бы неподвижны друг относительно друга,
как бы... А Земля движется по окружности
вокруг Солнца, и тогда наблюдателям
с Земли кажется, что Солнце движется
по окружности и все звезды
с одинаковыми периодами. Так оно и есть.
А планетки тогда, оказывается,
движутся не по спиралькам,
а тоже по окружностям,
но вокруг Солнца. Это только
земному наблюдателю кажется, что они
как бы спиральки.
Когда Коперник подробно вычислениями
подтверждал вот эту теорию,
он говорил: я не претендую на то, что
Земля не является центром вселенной,
только хочу сказать, что проще гораздо
математически описать движение планет,
если считать, что центром является Солнце.
А раз проще, то может быть, раз легче —
так технически удобный подход.
Движение относительно.
Движется или не движется объект —
зависит от того, как
и откуда на него смотреть.
Великая догадка! И вторая великая догадка,
теперь уже сэра Исаака Ньютона,
что если вообще не действуют
никакие силы на объект,
то характер его движения меняться не должен.
Если он движется равномерно и прямолинейно,
так и будет двигаться дальше.
И все вынужденные движения тогда,
по Аристотелю, многие, оказываются
не обязательно вынужденными.
А вот те, что Аристотель считал естественными,
оказываются вынужденными все.
Камень падает вниз
с переменной скоростью
потому, что его притягивает Земля.
Планеты движутся вокруг Солнца
с переменной скоростью
потому, что их притягивает Солнце,
на них действуют силы Солнца.
Вот как эти предположения
превратить в некий аппарат,
позволяющий количественно рассчитывать
параметры движения, мы погорим следующий раз.
Спасибо! До свидания!