Техника - молодёжи 1981-11, страница 66

ГЛУБОКОМЫСЛЕННЫЕ СОЗЕРЦАТЕЛИ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

Н 3-й отр. обложим

ЕРМАН СМИРНОВ, инженер

В истории механики есть эксперимент, который более рехсот лег привлекал к себе внимание ученых. Это свободное падение шаров, на >людая которое одни искали раз гадку земного тяготения, другие — доказательство вращения Земли, третьи получали данные, необходимые для вычисления аэродинамического сопротивления. С годами последняя задача оттеснила все

остальные на второй план.

* * *

С тех пор как в Х1П веке схоласты извлекли на свет труды греческого философа Арис отеля (384—322 гг. до н. э.), среди ученых средневековой Европы укоренилось мнение, что тяжелое тело падает быстрее, чем легкое, а плотная :ре да сильнее замедляет падение, чем разреженная. Это мнение, считавшееся истинным более двух тысячелетий, в XVII веке было опровергнуто рядом экспериментаторов, побужденных к деятельности флорентийцем Г. Галилеем (1)...

Описание опытов Галилея (1564 — 1642), бросавшего с наклонной Пн-занской башни шары из тяжелых и легких материалов, настолько известно, что в сознании многих людей укоренилась мысль, будто независимость скорости свобо ного падения от веса тела была открыта нм едва ли не экспериме тально. В действительности зто было не так. Достаточно ознакомиться с методологическими взглядами Галилея, чтобы понять: он всегда сначала исследовал проблему логиче ски, а уж потом проверял свои выводы опытами.

Предположим, Аристотель прав говорил он, и тяжелые тела устремляются вниз быстрее, чем легкие. Тогда, присоединяя к тяжелому телу легкое, мы должны были бы замедлить его падение. Но суммарный вес обоих тел больше, чем одного, только тяжелого. Следовательно, соединенные тела должны падать быстрее, чем одно, только тяжелое. Получается противоре ие которое решается лишь при одном условии: скорость падения всех тел

одинакова и не зависит от их веса!

После столь убедительного рассуждения необходимость в экспериментальной проверке, по сути дела, отпадала. И многие современники Галилея подозревали, что итальянец вообще не делал опытов по сво бодному пад нию тел. Однако трудно предположить, чтобы Галилей упустил возможность проверить свой умозрительный вывод. И действительно, сохранились сведения о демонстра ионных экспериментах, проведенных молодым профессором Пизанского университета перед своими коллегами и студентами в 1590 году.

Собравшись у основания знаменитой «падающей башни», они могли воочию убедиться в том, что сбрасываемые Галилеем шары одинакового размера, ио разного веса достигают поверхности земли практически одно! ременно Впрочем, если уж быть совсем точными, легкий восковой шар немного отставал от золотого, свинцового и мраморного...

После Галилея опыты По свободному падению тел пров или его ученики Дж. Бальяни в 1611 году и В. Раньери в 1641-м. Но наиболее ] одробные и скрупулезные при-надл жат Дж. Риччиоли (1598— 1671), замыслившему опровергнуть Г лилея

Задавшись целью опровергнуть не только Коперни а в астро номии но и Галилея в механике, Риччнолн (2) с двумя помощниками — будущим откр вателем дифракции света Фр. Гримальди и Н. Кабео — в 1640 году затеял опыты с бросанием глиняных шаров с башни Азинелли высотой около 80 м. Но, увы, вопреки упованиям экспериментатора эти опыты не только не опровергли Гали-леевых законов свободного падения, но стали первым в истории полным н уьедитель ым нх экспериментальным обоснованием!

Тогда раздосадованный Риччиоли вспомнил, что у Галилея сначала легкий свинцовый шар немножко отстал от тяжелых... Проведя серию опытов с шарами, сильно раз личающнмися ' по весу, Рнччноли убедился, что тяжелые шары неизменно достигали земли раньше чем легкие. Ухватившись за это, ученый иезуит поспешил опубликовать данные своих измерений в надежде по тавить под сомнение общность Галилеевых законов. Он не подо-аревал, что и тут он попадет впросак ..

В своих знаменитых «Беседах и математических доказательствах», изданных в 1638 году, Галилей дал исчерпывающее объяснение атому факту. Чем больше скорость движения, писал он, тем больше и сопротивление, называемое воздухом.

Поэтому тело, непрерывно убыст ряясь в начале падения, испыты вает со стороны воздуха все более сильное сопротивление, и, когда оно сравнится с весом, движени станет однообразным и равномерным. «Подобный результат обнаружится тем скорее и при тем меньшей высоте, чем меньше будет вес тела...» В этом кратком и ясном объяснении таилась целая программа для грядущих экспериментаторов

Первыми среди них были флорентийские академики, описавшие в двенадцатой главе первого (и* единственного) тома своих «Трудов» проведенн е ими исследования свободного падения. Затем за проблему взялся французский ученый-иезуит К. Дешаль (1621—1678). Он провел тысячу опытов по исследованию свободного падения, количество ко торых, увы, не перешло в качество

Хотя все эти эксперименты ие открыли ничего нового по сравне-вию с тем что давали законы Галилея, они на 250 лет заразили ученых страстью к исследованию все новых н новых сторон свободного падения тел в пустоте, воздух и воде. А возглавил их список Эдм Мариотт (3).

Уроженец Бургундии, Мариотт (1620—1684) рано принял духовное звание и всю жизнь был на -ояте лем монастыр Сен Мартин Су Бон близ Дижона.

Имя Мариотта больше всего известно в связи с открытием в 1676 году эак на обратной пропорциональное и между объемом и давлением. Хотя англичанин Р. Бойль сформулировал эту зависимо ть на 14 лет раньше, только в опытах Мариотта она получила полное и убедительное доказательство. Скрупулезность и точность измерений, присущие Мариотту, в полной мере проявились и в его «Трак ате о соударении тел», опубликован ом в Париже в 1677 году.

В исследованиях Мариотта поражает соответствие средств постав ленной научной цели. Зажав между пальцами два шарика, исследователь одновременно выпускал их. Один устремлял я вниз, другой — груз полусекундного маятника — начинал колебаться, отсчитывая время. По удару о препятствие, установл нно на точно отмеренном расстоянии от точки старта, определя юсь время падения, причем делала ь поправка на скорость звука. Опыты прово ились в Парижской обсерватории, где свинцовые, восковые пробковые н золотые шарики ди метром от 13,6 до 27 мм падали с башни через пролет винтовой ле тницы в подвал.

По данным Мариотта получалось, что предельная корость, достигаемая свинцовым шариком диаметром 13,5 мм, соста еяет 45,5 м/с, а для

62