Земля и яблоко

Классической механике подвластны разнообразней­шие силы. Тянут железо магниты, отталкиваются от до­роги колеса автомобиля, ударяются, расходясь в сторо­ны, бильярдные шары — все это неукоснительно подчиня­ется законам Ньютона.

Но раз уж мы в этой книжке размышляем о падаю­щих телах, побеседуем поподробнее об одной только си­ле тяготения.

Я уже много говорил о ней, вездесущей и таинствен­ной, вместе с вами доискался ее главной особенности — неизменной пропорциональности тяжелой массе тела, недоумевал по поводу ее странного «действия без прикос­новения». Эта поразительная ее особенность остается для нас загадкой, которую на этих страницах еще рано пытаться разгадывать.

Но хоть мы не в состоянии объяснить, почему сила тяжести проникает через пустоту, нам пора задуматься над тем, как это происходит.

Сегодня всем известно: вдали от Земли тяжести нет. Это ясно каждому шестикласснику, это вошло в созна­ние из бесчисленных книжек, газетных статей, радиопе­редач. Во времена же Ньютона мир выглядел иным. О том, что сила тяжести не везде одинакова, лучшие умы могли только догадываться. Никаких опытов, свидетель­ствующих о ее уменьшении с высотой, не было. Наоборот, на башне и в подвале тяжелое ядро представлялось оди­наково тяжелым.

И все-таки Ньютон, приглядевшись к перемещениям небесных тел, уверенно заявил: с увеличением расстоя­ния от Земли тяготение убывает.

А как убывает? Быть может, на высоте облаков уже нет тяготения? Если верить упорной легенде, Ньютон ответил на это «как», созерцая в своем саду падающее яблоко. На самом деле, если и существовало это исто­рическое яблоко, то, разумеется, не оно одно навело великого физика на его открытие. Были и другие, куда более существенные подсказки: замечательные идеи и вычисления Гали­лея, прозорливые слова Кеплера и математиче­ские закономерности, под­меченные им в движении планет, нескончаемые раз­мышления самого Ньюто­на об инерции, массе, па­дении тел.

Догадка эта даже сегодня не может представиться легкой и естественной. Если она и проста, то наверняка гениальна. Сила тяготения F пропорциональна массам притягивающихся тел m1 и m2, но она убывает тем силь­нее, чем больше становится квадрат расстояния между центрами притягивающихся масс . Именно квадрат! Не просто расстояние, не куб его, а квадрат. И именно между центрами масс. Дело происходит так, как если бы вся масса каждого тела была сосредоточена в бес­конечно малом объеме — в точке, совпадающей с цент­ром тяжести. Понять и обосновать это Ньютону стоило больших трудов.

Такова сущность замечательного ньютоновского от­крытия, которое вскоре стало знаменитым и получило название закона всемирного тяготения.

Вот формула:

2016-01-24 14-06-38 Скриншот экрана

Символ γ означает «по­стоянную тяготения» — мно­житель пропорциональности, уравновешивающий обе час­ти равенства. Физический его смысл прост — это сила притяжения двух тел массой по грамму, находящихся в сантиметре друг от друга.

γ можно узнать из экспери­мента: измерить эту силу, заставив притягиваться два шарика с массой по грамму, подвешенных рядом на тонких нитях в сантиметре друг от друга. В таком грубом опыте, правда, никакого изме­рения не получится — граммовые шарики притягиваются ничтожно слабо. Успех здесь принесен другим, более тонким опытом, выполненным английским физиком Ка­вендишем.