Помоги проекту - поделись книгой:
Исаак Ньютон продолжил открытия в области гравитации. Он предположил, что сила, притягивающая предмет к Земле, уменьшается с увеличением расстояния между Землей и предметом. В результате опытов и наблюдений Ньютон вывел закон всемирного тяготения. Основное положение закона заключается в том, что если масса (количество вещества) одного из притягивающихся предметов удваивается, сила тяготения также удваивается, но если расстояние между предметами увеличивается в 2 раза, сила притяжения составит 1/4 от первоначальной величины.
Альберт Эйнштейн попытался ответить на вопрос: «Что такое гравитация?», доказывая, что пространство-время имеет четыре измерения. Это очень сложная теория, требующая для своего понимания глубоких научных знаний. По его последней теории гравитационное поле связано электрическим, магнитным и электромагнитным полями. Однако следует отметить, что до настоящего времени никто еще не предложил определение гравитации, которое удовлетворило бы всех.
Тем не менее нам известно, что увеличение скорости, вызываемое гравитацией, составляет 10 метров в каждую последующую секунду. Это значит, что скорость падающего предмета каждую секунду возрастает на 10 м/с. В конце первой секунды скорость падения составляет 10 м/с, в конце второй – 20 м/с, и так далее. Если в конце первой секунды падающий объект пролетит 5 метров, то в конце второй – 20 метров, в конце третьей – 45 метров.
Каждый предмет во Вселенной воздействует на другой предмет, они притягивают друг друга. Это называется силой тяжести, или гравитацией. Сила притяжения, или гравитация, зависит от двух факторов.
Во-первых, это зависит от того, сколько вещества содержит объект, тело, предмет. Чем больше масса вещества тела, тем сильней гравитация. Если тело обладает очень небольшой массой, его гравитация мала. Например, масса Земли во много раз больше массы Луны, поэтому Земля имеет большую силу тяжести, чем Луна.
Во-вторых, сила тяжести зависит от расстояния между телами. Чем ближе тела находятся друг к другу, тем сила притяжения больше. Чем они дальше друг от друга, тем гравитация меньше.
У Земли масса больше, чем у человека, поэтому сила тяжести удерживает его на Земле. Но Земля воздействует так, как будто вся ее материя, все ее вещество находятся в центре. Поэтому сила тяжести в любом месте Земли должна рассчитываться с учетом расстояния до ее центра.
Сила тяжести на побережье моря больше, чем на вершине горы. А сейчас представьте человека, удалившегося с поверхности Земли на далекое расстояние. Там сила земного притяжения будет много слабее.
Когда человек находится в космосе, он совсем исчезает из поля земного притяжения. Гравитация Земли совсем не действует на него. Он находится в состоянии невесомости. Поэтому ракеты, космические корабли, космонавты могут свободно летать в открытом пространстве.
У Земли два вида движения. Она движется вокруг Солнца по твердо установленному пути, который называется орбитой. Время, которое требуется Земле для прохождения этой орбиты, называется годом. Земля также вращается вокруг своей оси. Время, необходимое для этого, называется сутками. Направление оси очень медленно меняется. Это движение называется прецессией. Другие планеты также вращаются вокруг Солнца и вокруг своей оси, но скорость их вращения отличается от земной.
Земля вращается вокруг Солнца на среднем от него расстоянии в 150 000 000 километров. Для прохождения своей орбиты Земле требуется более 365 дней. Чтобы совершить оборот вокруг своей оси, ей нужно немного меньше 24 часов.
А сейчас давайте взглянем на другие планеты. Среднее расстояние Меркурия до Солнца 58 000 000 километров, и ему нужно 88 земных суток, чтобы совершить оборот вокруг Солнца. Считают, что Меркурий поворачивается вокруг своей оси за 58–59 суток.
Венера находится на расстоянии 108 000 000 километров от Солнца. Ей нужно 225 суток, чтобы сделать один оборот вокруг него. Венере нужно 243 дня, чтобы повернуться вокруг своей оси, к тому же она вертится совсем в другом направлении. Другими словами, Венера – это планета, вращающаяся с Востока на Запад.
Марсу, отстоящему от Солнца на 228 000 000 километров, нужно 687 суток, чтобы завершить движение по орбите, а вокруг собственной оси он вращается примерно с такой же скоростью, как Земля. Юпитер находится в 789 000 000 километров от Солнца, ему нужно 11,9 лет, чтобы обойти вокруг Солнца, но вокруг своей оси он поворачивается менее чем за 10 часов. Сатурн, находящийся на расстоянии 1 426 000 000 километров от Солнца, требует 29,5 земных лет для прохождения своей орбиты. Но ему нужно только 10 часов, чтобы повернуться вокруг своей оси.
Уран находится в 2 870 000 000 километрах от Солнца и обходит его по орбите за 84 года. Нептун отдален от Солнца на 4 493 000 000 километров. Ему нужно 165 земных лет для прохождения своей орбиты.
Большинство людей полагают, что вакуум – это пространство, в котором абсолютно ничего нет.
Однако, как утверждают ученые, подобное просто невозможно. Они считают, что не существует такого места, где не было бы вообще никакой материи: ни единой молекулы газа или частички пыли. Таким образом, вакуум в действительности является пространством, где очень мало материи. Глубокий вакуум означает почти полное ее отсутствие. Однако главную роль в этой фразе играет слово «почти».
Одним из наиболее простых способов получения вакуума является откачка воздуха из сосуда, в котором он и создается.
В настоящее время существуют достаточно мощные насосы, способные создавать очень глубокий вакуум, необходимый как для научных, так и для различных производственных целей. Такие насосы, например, создают вакуум в электрических лампочках при их производстве. Если б в лампочке оставался кислород, содержащийся в воздухе, то при ее включении нить накаливания сгорела бы за долю секунды.
В самых современных лампочках удается откачать при помощи вакуумных насосов почти весь воздух. То же самое можно сказать и об электронных лампах в телевизорах или радиоприемниках, в которых перед запайкой откачивают как можно больше воздуха.
Другим хорошо знакомым всем предметом, в котором используется вакуум, является обычный термос. Он имеет двойные стенки, в промежутке между ними создается вакуум. Поскольку количество молекул газа в этом пространстве невелико, они находятся на большом расстоянии друг от друга, и тем самым передача тепла между ними уменьшается. Поэтому, если в жаркий летний день налить в термос холодное молоко, оно останется холодным. И наоборот, горячий чай не остынет в термосе, даже в самую морозную погоду.
Свет распространяется с гигантской скоростью – 300 000 км/с. Когда вы нажимаете кнопку электрического выключателя, кажется, что свет загорается мгновенно. И это правда. Но все же требуется какой-то промежуток времени, пусть очень маленький, чтобы свет лампочки достиг ваших глаз.
Если бы Земля вращалась вокруг своей оси со скоростью света, она бы делала 7 оборотов в секунду. Но свет, то есть световые лучи, конечно вращаться не могут. Лучи идут только по прямой. Свет от Солнца доходит до нас за 8 минут, преодолевая за это время 150 миллионов километров.
Если мы слышим какой-либо звук, значит, поблизости должен находиться вибрирующий предмет. Но этого не достаточно. Звук должен где-то распространяться. Что-то должно его переносить от источника к приемнику. Это что-то называется «среда». Средой может служить что угодно – воздух, вода, предметы, даже земля. Индейцы прикладывали ухо к земле, чтобы услышать отдаленные звуки.
Нет среды – нет и звука. Если в каком-то объеме создать вакуум, звук в нем не сможет распространяться. Это связано с тем, что звук распространяется волнами. Вибрирующий предмет передает свою вибрацию соседним молекулам или частичкам. Происходит передача движения от одной частички к другой, что приводит к появлению звуковой волны.
Средой распространения звуковых волн могут быть различные материалы – дерево, воздух, вода; следовательно, скорость распространения звуковых волн должна быть различной. Если мы говорим о скорости звука, мы должны спросить: а в какой среде?
Скорость звука в воздухе составляет 335 м/с. Но это при температуре 0 °C. С повышением температуры скорость распространения звука также увеличивается.
В воде звук распространяется быстрее, чем в воздухе. При температуре 8 °C скорость его распространения составляет около 1 435 м/с, или около 6 000 км/ч. В металле эта скорость достигает порядка 5 000 м/с, или 20 000 км/ч.
Ты, наверное, думаешь, что сильный звук имеет более высокую скорость, чем слабый, но это не так. Его скорость не зависит и от его высоты (высокий или низкий).
Ты можешь сам провести опыт по сравнению скорости звука в разных средах. Зайди в воду и ударь друг о друга двумя камнями. Теперь опустись под воду и снова постучи этими камнями. Ты удивишься тому, что звук распространяется в воде лучше, чем в воздухе.
Когда мы говорим «звуковой барьер», то представляем себе, что при достижении самолетом скорости звука появляется что-то вроде «барьера». Однако ничего подобного не происходит!
Чтобы понять все это, рассмотрим самолет, летящий с небольшой, обычной скоростью. При движении самолета перед ним из спрессованных частичек воздуха образуется волна сжатия.
Эта волна движется впереди самолета со скоростью звука. И ее скорость выше скорости самолета, который, как мы уже сказали, летит с небольшой скоростью. Двигаясь впереди самолета, эта волна заставляет воздушные потоки обтекать плоскости самолета.
Теперь представим, что самолет летит со скоростью звука. Впереди самолета не образуется волны сжатия, так как и самолет, и волны имеют одну скорость. Поэтому волна образуется впереди крыльев.
В результате появляется ударная волна, которая создает большие нагрузки на крылья самолета. До того, как самолеты достигли звукового барьера и превысили его, считали, что такие ударные волны и перегрузки создадут для самолета что-то вроде барьера – «звуковой барьер». Однако звукового барьера не было, так как авиационные инженеры разработали специальную конструкцию самолета.
Кстати, сильный «удар», который мы слышим при прохождении самолетом «звукового барьера», и есть ударная волна, о которой мы уже говорили – при равной скорости самолета и волны сжатия.
Под абсолютно черным телом в физике понимается такой объект, который при любой температуре полностью поглощает падающее на него электромагнитное излучение. Реальные физические объекты не являются абсолютно черными, однако некоторые из них, такие, как сажа, платиновая чернь, черный бархат и другие, в области видимого светового излучения проявляют свойства, весьма близкие к свойствам абсолютно черного тела. Например, поверхность, покрытая чистым углеродом, поглощает примерно 97 % падающего на нее света.
Некоторые объекты проявляют свойства абсолютно черного тела в определенных диапазонах волн электромагнитного излучения и температур. Так, красный фильтр при комнатной температуре практически полностью поглощает зеленый свет.
Несмотря на то, что понятие «абсолютно черное тело» носит чисто абстрактный характер, оно играет важную роль в физике при описании процессов поглощения и излучения электромагнитных волн реальными объектами.
В астрономии спутником называется тело, которое вращается вокруг большего по размерам тела и удерживается силой его притяжения. Луна – спутник Земли. Земля – спутник Солнца.
Когда мы употребляем слово «спутник», мы обычно имеем в виду созданный человеком космический корабль, вращающийся вокруг Земли. Искусственные спутники отправляются в космос с различными целями. Некоторые используются для научных исследований, другие собирают информацию для прогноза погоды.
На некоторых спутниках установлены теле – и радиоантенны. Спутники могут быть использованы в навигации и картографии. Созданные человеком спутники дают ученым представление о состоянии живых организмов в условиях космоса.
Спутники могут быть любых размеров, от маленького контейнера с инструментами до огромного баллона, достигающего 30 метров в диаметре. Они могут весить от нескольких килограммов до многих тонн. Форма их может быть самая разнообразная: круглая, как мяч, шляпообразная, напоминающая консервную коробку, колокол, сигарету.
Спутники запускаются со скоростью 30 000 км/ч и более. Если бы никакие другие силы после запуска спутника не воздействовали на него, он улетел бы далеко в открытый космос. Но прямой полет продолжаться не может, потому что на спутник действует сила притяжения Земли, и он начинает двигаться по орбите вокруг Земли. Так спутник выходит на орбиту.
Орбита некоторых спутников находится на расстоянии 177 километров от Земли, у других не более 35 500 километров. Орбита выбирается учеными заранее, с учетом тех задач, которые возлагаются на спутник.
Чтобы объяснить, что такое черная дыра, нужно сначала рассказать о том, что происходит с огромными звездами, масса которых в миллионы раз превышает массу Солнца.
Все звезды рождаются, развиваются, живут и умирают. Во время этого процесса они постепенно остывают и сжимаются. И на месте, где находилась звезда, образуется черная дыра – область с огромной напряженностью гравитационного поля. Сила тяжести в этой области так велика, что даже свет не может вырваться из нее. Астрономы узнают о существовании таких звезд благодаря тому, что они испускают потоки нейтральных частиц – нейтронов.
В настоящее время астрономами открыто несколько черных дыр. Все они находятся на огромном расстоянии от Земли и обладают массой в несколько десятков тысяч раз большей, чем у Солнца.
Долгое время исследователям были неясны свойства черных дыр, поэтому родилось множество фантастических произведений, в которых рассказывается о том, как космический корабль как бы проваливается в «черную дыру» и пропадает.
Однако сегодня началось изучение этого астрономического явления, и будем надеяться, что черная дыра постепенно раскроет все свои тайны.
На протяжении многих веков в науке было распространено мнение, что пространство повсюду обладает одними и теми же свойствами. Оно господствовало вплоть до начала нашего столетия, когда Альберт Эйнштейн совершил революцию в научном представлении о картине мироздания, создав общую теорию относительности. Одним из выводов этой теории было утверждение (вначале чисто теоретическое, затем получившее экспериментальное подтверждение) о том, что гравитационное поле, создаваемое любым объектом, обладающим массой, искривляет пространство. Это означает, в частности, что луч света при прохождении через такое пространство отклоняется от прямой линии. Степень искривления пространства зависит от величины массы тела и, вообще говоря, в подавляющем большинстве случаев чрезвычайно мала. Даже вблизи такого массивного объекта, как наше Солнце, искривление пространства носит весьма незначительный характер.
Однако во Вселенной существуют объекты с огромной массой, сосредоточенной в очень небольшом объеме. Это нейтронные звезды, возникающие в результате гравитационного сжатия остывающих звезд. Все их вещество состоит, в отличие от обычных тел, не из атомов, а из свободных элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Искривление пространства вблизи таких звезд приобретает значительные масштабы. Если же масса нейтронной звезды превышает массу Солнца примерно в два с половиной раза, то она сжимается до таких пределов, что искривление пространства достигает максимальной степени, и оно образует замкнутый круг. Свет, излучаемый самой звездой или попавший в это пространство извне, не способен вырваться за его пределы. Образно говоря, эти звезды похожи на дырки в окружающем их пространстве, в которые все проваливается и ничего не выходит наружу. Отсюда и название этих небесных тел – черные дыры. Плотность вещества внутри черных дыр принимает совершенно недоступные человеческому воображению значения. Достаточно сказать, что нашему Солнцу для превращения в черную дыру нужно уменьшиться до 6 километров в диаметре (диаметр Солнца 1 892 000 километров).
Первым гипотезу о существовании черных дыр высказал и развил в 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд.
Если ты видел изображение туманностей в книгах – в виде огромных спиралей, завихрений и облаков, не надейся увидеть подобное в небе. Большинство туманностей без телескопа не разглядеть. Слово «туманность» появилось оттого, что астрономам, наблюдавшим сквозь слабые телескопы, скопления звезд, пыли и газа напоминали туманные пятна.
Существуют два основных класса туманностей – галактические и внегалактические. Галактические туманности можно обнаружить к нашей галактике (Млечный Путь). Они состоят из пыли и газа. Внегалактические туманности расположены за пределами нашей галактики. В основном они состоят из звезд.
Галактических туманностей насчитывается менее 2 000. Значит, большинство туманностей, известных человеку, расположены вне нашей Галактики. Сколько их? Насколько нам известно, на огромном пространстве вне Млечного Пути их могут быть миллионы.
Внегалактические туманности еще называются «островными вселенными» или «галактиками». Это означает, что если бы кто-то наблюдал нашу Галактику оттуда, она бы выглядела как туманность.
Внегалактические туманности имеют различную форму. Некоторые – неправильной или эллиптической формы. Наиболее многочисленны спиральные туманности. Спиральные, наподобие нашей, галактики состоят из множества звезд, огромных газовых облаков и обширных областей, заполненных пылью. Туманность обычно имеет ядро, от которого по спирали расходятся отростки. Туманность Андромеды – самая близкая к Земле, самая обширная и самая яркая из всех известных. Она излучает света в 1 500 000 000 раз больше, чем наше Солнце!
Ты, конечно, читал, что запускаемый спутник оснащен различной исследовательской и научной аппаратурой. А ты знаешь, что почти всегда на них устанавливаются приборы, исследующие и обнаруживающие космические лучи? Эти лучи все еще представляют для нас загадку!
Около 60 лет назад ученые обнаружили странное явление. Оказалось, что образцы воздуха в закрытом контейнере обладают незначительной электропроводностью. Даже если контейнер покрывался толстым защитным слоем, происходило то же самое. Это означало, что в контейнер попадала неведомая радиация, имеющая огромную проникающую силу!
Что это за загадочная радиация? Было проведено множество опытов, чтобы получить ответ. Вначале убедились, что она не земного происхождения, так как она существует и над морем. Эта радиация существует днем и ночью, поэтому она не исходит от Солнца. При подъеме на воздушном шаре эту радиацию регистрировали повсюду и в космосе тоже, поэтому ей дали название «космическая», она есть во всей вселенной.
Что же собой представляют космические лучи? Это частицы атомов. Они путешествуют вне земной атмосферы со скоростью, близкой к световой. Некоторые из них проникают в земную атмосферу.
Эти частички атомов называют «первичные космические лучи». Они сталкиваются с атомами воздуха. В результате создаются новые частицы, которые движутся в том же направлении с огромными скоростями, как и первичные частицы. Эти новые частицы называют «вторичными космическими лучами». Они в свою очередь сталкиваются с другими атомами и создают новые частицы.
Таким образом, настоящий ливень радиации бомбардирует Землю. Один протон, пришедший из космоса, создает такое излучение, которого достаточно для того, чтобы покрыть 90 квадратных метров.
Насколько нам известно, космические лучи, бомбардирующие поверхность Земли, безвредны, так как их воздействие в течение миллиардов лет не оказало отрицательного влияния на жизнь на Земле.
Науке до сих пор неизвестно, откуда исходят космические лучи, но мы надеемся, что исследуя космос, мы постепенно решим эту проблему.
Нам известно, что Луна вращается вокруг Земли, а Земля – вокруг Солнца. Траектории, по которым они неизменно движутся, – это их орбиты.
Изучая движение планет, астрономы заметили, что орбиты не подвержены изменениям. А значит, можно вычислить (и предсказать) положение любого небесного тела в определенный момент времени. Таким образом, например, узнают о времени солнечных затмений и, соответственно, местах откуда их можно наблюдать.
Искусственные спутники Земли также имеют постоянные орбиты. Обычно они имеют форму вытянутых эллипсов. Перигей – это ближайшая к Земле точка орбиты спутника, а апогей – самая удаленная.
Без света мы не смогли бы видеть окружающий нас мир, и тем не менее нам не известно точно, что же такое свет!
Мы знаем, что свет – это одна из форм энергии. Можно измерить его скорость и мы знаем его характеристики. Нам также известно, что белый цвет – это не отдельный цвет, это соединение всех цветов. Это называется «спектр».
Мы знаем, что цвет – это не сам объект, а лучи света, которые от него исходят. Зеленая бумага выглядит зеленой, потому что она поглощает все другие цвета, кроме зеленого, который и воспринимает наш глаз. Синее стекло пропускает только синий цвет, все остальные поглощаются им.
Солнечный свет – это энергия. Тепло солнечных лучей, сфокусированных линзой, превращается в огонь. Свет и тепло отражаются белыми поверхностями и поглощаются черными. Вот почему белая одежда холоднее черной.
Какова же природа света? Первым, кто попытался серьезно заняться изучением света, был Исаак Ньютон. Он считал, что свет состоит из корпускул, которые наподобие пуль выстреливаются источником света. Но некоторые характеристики света не могли быть объяснимы этой теорией.
Другой ученый, Гюйгенс, предложил другое объяснение природы света. Он разработал «волновую» теорию света. Он считал, что свет образует импульсы, или волны, наподобие того, как камень, брошенный в пруд, создает волны.
Почти 150 лет ученые спорили, является ли свет волнами или корпускулами. Большинство ученых приняло волновую теорию. Но затем последовали новые открытия, которые поставили под сомнение эту теорию.
Каких взглядов сегодня придерживаются ученые на происхождение света? В настоящее время считается, что световые волны имеют характерные особенности и частиц, и волн одновременно. Проводятся опыты, подтверждающие обе теории. Пока нет ответа на вопрос, что же такое свет.
Световые, тепловые, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи – все это виды излучения. Длины волн излучения имеют огромный диапазон. Самые длинные – радиоволны, самые короткие – гамма-лучи. Посередине между самыми длинными и самыми короткими по длине волны находятся световые волны, или видимое излучение. Но и сами световые лучи включают в себя большое количество волн разной длины. Каждый цвет – это волна определенной длины. Красный свет – самая длинная волна из видимых человеку. Затем идет оранжевый цвет, за которым следует желтый, зеленый, голубой и фиолетовый, имеющий самую короткую длину волны.
Сразу за длиной волны фиолетового цвета идет излучение, которое ученые называют ультрафиолетовым диапазоном. Эти волны испускает Солнце, а также специально созданные для этого лампы.
Ультрафиолетовые лучи существуют в диапазоне от длины волны фиолетового цвета до уровня более чем 1 000 000 волн на сантиметр. Поскольку ультрафиолетовые лучи короче, чем другие, они обладают проникающей способностью. В то же время лишь половина ультрафиолетовых лучей, посылаемых Солнцем, достигает Земли. Многие из них поглощаются атмосферой Земли далеко от ее поверхности.
Солнечная система
Солнце – это звезда с диаметром 1 400 000 километров, то есть в 109 раз большим, чем диаметр Земли. Общеизвестно, что солнечное тепло и свет – источники нашей жизни.
Солнце – эта ближайшая к Земле звезда. Ученые могут исследовать ее, и это помогает им больше узнать о других, более отдаленных звездах. Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллиона миль) от Земли. Солнечному свету нужно 8 минут, чтобы добраться до нас. Вторая по близости к нам звезда называется Проксима Центавра, и ее свет достигает Земли за 4,5 года.
Поделиться книгой: