65 ½ (не)детских вопросов о том, как устроено всё

Рис. 1. Если выстрелить из пушки вертикально вверх, то снаряд по мере подъема будет постоянно замедляться под действием гравитации, так что в итоге остановится и начнет падать обратно.

Рис. 2. Если выстрелить из пушки параллельно поверхности Земли с недостаточно большой скоростью, то снаряд, пролетев некоторое расстояние, все равно упадет на Землю (возможно, даже на противоположной ее стороне).

Так вот, именно этот принцип и «использует» Луна, чтобы не упасть на Землю. Она просто движется с достаточно большой скоростью, чтобы гравитация Земли не смогла ее вернуть обратно.

Поэтому, если мы хотим, чтобы брошенный камень не упал на Землю, если мы хотим запустить камень в космос (точнее – вывести его на орбиту), то нам придется бросить его не вертикально вверх, а параллельно(!) поверхности Земли, чтобы его траектория была круговой. В этом случае он хоть и будет всё время пытаться упасть на Землю, но из-за слишком большой своей скорости будет постоянно промахиваться мимо поверхности и пролетать чуть дальше, совершая равномерное вращательное движение. Минимальная скорость, которую нужно придать телу вблизи земной поверхности, чтобы оно постоянно вращалось вокруг Земли и никогда не упало, называется первой космической скоростью и равняется примерно 7,9 км/с или 28 400 км/ч. Именно до такой скорости разгоняют ракеты, которые выводят на орбиту Земли искусственные спутники и другие космические аппараты.

Рис. 3. Но если сообщить снаряду (или любому другому телу) скорость 7,9 км/с или больше, то он выйдет на орбиту Земли и будет вращаться по эллиптической орбите, степень «сплюснутости» которой будет зависеть только от скорости снаряда.

Тут пытливый читать может задать вопрос: если есть первая космическая скорость, то, может быть, есть и вторая? А третья? А четвертая? Да, есть! Вторая космическая скорость – это минимальная скорость, до которой нужно разогнать тело, чтобы оно преодолело притяжение Земли и могло улететь, например, к другим планетам нашей Солнечной системы. Значение этой скорости составляет примерно 11,2 км/с или 40 000 км/ч. При скорости чуть больше первой космической, но чуть меньше второй, тело будет всё еще находиться на орбите Земли, только траектория его уже будет не окружностью, а эллипсом. Это такая чуть «сплющенная» окружность[7]. Причем чем больше будет скорость тела, тем более «сплющенной» будет его траектория. Третья космическая скорость – это минимальная скорость, до которой нужно разогнать тело, чтобы оно могло улететь за пределы уже Солнечной системы. А четвертая – чтобы улететь за пределы нашей Галактики. Но это уже совсем другая история, о которой мы поговорим в Части 7 (стр. 319). Но задумывались ли вы, какая максимально возможная скорость во Вселенной? Оказывается, это скорость света.

Вопрос 9. Чему равна скорость света и как ее измерили?

С древних времен ученые спорили о природе света: является ли он волной или потоком частиц[8]. Однако вопрос, по которому почти все они сходились, был вопрос о скорости света – считалось, что скорость света бесконечна. Действительно, как только мы зажигаем огонь или включаем дома лампу, то свет практически мгновенно распространяется во все стороны. Или во время грозы мы всегда сначала видим молнию, свет которой практически мгновенно доходит до нас, и лишь через несколько секунд слышим раскаты грома (хотя и гром, и молния в месте разряда возникают одновременно). Тем не менее попытки измерить скорость света постоянно предпринимались. К примеру, Галилей попытался сделать это следующим образом: он поставил на вершину одного холма своего ассистента, а на вершине другого холма встал сам. После чего Галилей открывал затвор фонаря, подавая тем самым сигнал ассистенту, чтобы тот открыл затвор своего, как только увидит свет фонаря Галилея. Измеряя время между подачей сигнала и получением ответа от ассистента, он надеялся измерить скорость света. Но единственное, что можно было измерить таким образом, это скорость реакции человека. Так что Галилей сделал вывод, что скорость света должна быть беспредельно велика. Тем не менее одно из открытий, которое сделал Галилей, помогло другому ученому впервые измерить эту величину.