О движении(Из истории механики)
Шрифт:
Для осуществления полета в мировое пространство нужно, чтобы летательный снаряд развил скорость 11,2 километра в секунду.
Человек без вреда для себя может двигаться с любой равномерной скоростью. Он участвует в обращении Земли вокруг Солнца со скоростью около 30 километров в секунду и в движении солнечной системы вокруг центра Галактики со скоростью больше 250 километров в секунду. Только значительное ускорение может повредить человеческому организму.
Безнаказанно для себя в течение непродолжительного времени человек может вынести ускорение, превосходящее в три-четыре раза ускорение свободного падения. Следовательно, межпланетный
Сообщить летательному снаряду такое ускорение возможно разными способами. Можно было бы, например, «выстрелить» им в межпланетное пространство из электромагнитной пушки.
Как известно, внутри спирали из проводника, по которому проходит ток, возникает магнитное поле. Такая спираль — соленоид — втягивает в себя стальное тело.
Расположим один за другим ряд больших соленоидов. Как только ток будет включен в первом соленоиде, снаряд втянется в него с некоторым ускорением. Достигнув середины длины первого соленоида, он автоматически выключит в нем ток и включит его во втором, вследствие чего получит новое ускорение. Продолжая автоматически выключать ток в том соленоиде, в котором он находится, и включать его в следующем, снаряд будет развивать все большую скорость. Наконец, когда он будет двигаться со скоростью 11,2 километра в секунду, снаряд может оторваться от Земли.
Однако сопротивление воздуха делает очень трудным осуществление такого проекта. Помимо того, снаряд с пассажирами внутри, выброшенный в мировое пространство, стал бы игрушкой инерции и тяготения. Он вечно обращался бы вокруг Солнца по орбите, вид которой зависел бы от направления и момента выстрела.
Земля движется по эллипсу, близкому к кругу, со скоростью около 30 километров в секунду. Если выбросить снаряд в плоскости земной орбиты по направлению движения Земли, то относительно Солнца он получит скорость 41,2 километра в секунду. В этом случае снаряд будет обращаться по удлиненному эллипсу, который будет касаться земной орбиты в момент наибольшего приближения снаряда к Солнцу.
Если же выстрелить в обратном направлении, то скорость снаряда относительно Солнца будет равна только 18,8 километра в секунду. Снаряд станет обращаться вокруг Солнца по удлиненному эллипсу, касающемуся земной орбиты в момент наибольшего удаления от Солнца.
Пассажиры снаряда не могли бы изменить направление его движения, чтобы опуститься на какую-либо планету или возвратиться на Землю. Такую возможность может дать только ракета.
Схема космической ракеты, сделанная К. Э. Циолковским.
Ракета движется под реактивным действием вытекающих из нее газов. Газы образуются от сгорания жидкого или твердого топлива. Как показал расчет, на ракете нельзя поместить такое количество горючего (угля, бензина и т. п.), чтобы можно было пользоваться ракетным двигателем во все время космического путешествия. Потому, оторвавшись от Земли, было бы необходимо прекратить работу ракетного двигателя, используя движение ракеты по инерции.
С остановленным двигателем ракета двигалась бы по законам Кеплера, подобно планетам и их спутникам.
Нужно отправить ракету так, чтобы описываемый ею эллипс коснулся орбиты той планеты, которую намечено посетить. Момент отправления должен быть выбран с таим расчетом, что, когда ракета приблизится к орбите планеты, эта последняя должна находиться недалеко от ракеты.
Пролетев вблизи планеты или обогнув ее, ракета будет продолжать свой путь по эллиптической орбите (отклонение от этого пути притяжением планеты должно быть исправлено действием ракетного двигателя). Расчет ведется так, что, когда ракета подойдет к земной орбите, Земля будет находиться вблизи.
Облетев несколько раз Землю и пересекая каждый раз атмосферу, ракета замедлит свое движение. Тогда ее пассажиры могут совершить посадку на специальном планере, предоставив ракете упасть на Землю.
Посадочный планер, отделившийся от корпуса космического корабля, приближается к земной поверхности.
Заключение
Механика — наука о движении тел и о силах, сообщающих им движение. Она могла быть создана только на основе данных опыта и наблюдений. Аксиомы механики — истины, полученные из опыта. Законы механики только тогда оправдываются, когда они выведены из таких аксиом.
В древности Архимеду удалось установить закон равновесия сил, приложенных к рычагу. Доказательство закона рычага, данное этим математиком, основывалось на опытах со взвешиванием тел. Происхождение этих аксиом проявило себя даже в их формулировке.
Например, «равные веса, действуя на равных расстояниях от точки опоры невесомого стержня, уравновешиваются».
Вне всякого сомнения происхождение из опыта и следующей аксиомы: «Из равных весов, действующих на неравных расстояниях, перевешивает отдаленный».
Для человека, никогда не видевшего процесса взвешивания на весах с коромыслом, эти аксиомы едва ли были бы так очевидны, какими они кажутся нам.
Выведенный из этих аксиом принцип рычага лег в основу античной статики твердого тела. Этот закон рычага оправдывался на опыте.
Другое дело — динамика, созданная Аристотелем. Она была построена на умозрительных положениях. Поэтому ее выводы не согласовывались с действительностью.
Галилей увековечил свое имя в истории науки, обратившись к опыту. Он не захотел признать кажущегося на первый взгляд правильным утверждения Аристотеля, будто тяжелое тело падает быстрее легкого. Сбрасывая тяжести с вершины башни, Галилей убедился, что скорость падения тел не зависит от их тяжести.
Столь же неверным оказалось и мнение, что для поддержания равномерного прямолинейного движения нужно постоянное действие силы.
Причиной этих заблуждений Аристотеля было незнание им инерции движения. Построенная Аристотелем динамика была бы справедлива, если бы тела не обладали инерцией. Но в действительности тела сохраняют состояние как покоя, так и движения. Поэтому они подчиняются законам динамики Галилея, построенной исходя из свойства инерции.
Обладают или не обладают тела природы инерцией, это можно было узнать только из наблюдений и опытов. Зная же о существовании инерции, можно было делать выводы законов движения тел.