Килограмм пуха и килограмм железа что тяжелее и почему

Что легче 1кг пуха или 1кг железа?

Казалось бы, всё очевидно в этом детском приколе, когда тебя спрашивают, что же легче: 1 кг пуха или 1 кг железа?
Конечно, понятно, почему в этом случае приравнивают, подгоняют под нечто одинаковое такое разное. Этим подчеркивается, что избранная мера всемогуща и универсальна, и ничто не может противостоять ей, что это общее правИло не обращает никакого внимания на своеобразие того, что оно уравнивает и стандартизирует.
Не так трудно заметить, что такие уравнители есть плоть от плоти тех сил, которые хочешь ты или не хочешь неумолимо, насильственно перемещают тебя из прошлого в настоящее и будущее. Эти отношения тесно связаны с пространством и временем, которые есть множество одинакового, стандартного, унифицированного. Пространственно-временные, причинно-следственные отношения позволяют научным исследованиям найти нечто общее, повторяющееся между явлениями и сформулировать законы. Это и есть основание науки, которая позволила ей существенно продвинуться в изучении нашего мира.
Чем больше стандартного, одинакового, унифицированного, тем больше простора для счёта, для развития математики. И в этом смысле развитие науки часто определяются степенью использования математики в ней.

Чтобы преобразовать общество, строить светлое будущее надо разобраться во взаимоотношениях личности с обществом. Человек стал человеком разумным благодаря сплочению, благодаря тому, что он сумел скоординировать свои действия с сородичами. Именно поэтому общество стало тем целым, которое уже не есть сумма разрозненных индивидов.
Человек становится личностью, когда культура, опыт всего человечества становится его культурой, его опытом. С другой стороны личность воздействует на культуру, опыт всего человечества, критически пересматривая его, внося свои наработки. Поэтому нельзя считать, что человек подчинен обществу, ибо человек имеет с обществом равные права, он ведёт равноправный диалог с обществом.
В результате сплочения человек способен производить больше, чем ему нужно одному. Он, по существу, стал perpetuum mobile. Взаимоотношения личности с обществом строятся не на причинно-следственных отношениях, и наука в классическом понимании, повторим это ещё раз, не есть панацея, не есть то средство, позволяющие понять взаимоотношения личности и общества.

Личность и общество могут работать только целостно. Все, кто знакомится с работой мозга, отмечают его пластичность, высокую степень взаимозаменяемости его частей. Это и говорит о том, что мозг на всё отвечает целостно. Поэтому представления о том, что одна часть отвечает за память, а другая ещё за что-то независимо от своих частей явно устарели. До сих пор в СМИ проскальзывают сенсации, что открыт участок, отвечающий именно за это, а не за что-то другое. Но при детальном рассмотрении выясняется, что найденный участок всё труднее и труднее локализовать, что всё очевиднее и очевиднее проявляется целостный характер работы мозга.
Целостный характер работы мозга означает, что целостность можно разделить только на ту же целостность и всё. А из этого можно сделать вывод, что деление целостности на отдельные части бессмысленно, как и невозможны в данных условиях всякие подсчеты. Поэтому подсчёт IQ в баллах, цифрах выглядит как явное не то, как то, что надо выбросить на свалку истории.

Всё это заставляет нас по-новому взглянуть на теорию прибавочной стоимости Карла Маркса.[10] Надо отметить, что эту теорию, хоть и со скрипом, вынуждены были принять и противники Карла Маркса, ибо она была написано на понятном для буржуазных оппонентов языке цифр. Карла Маркса и его оппонентов объединяет вера в науку, убеждение в том, что именно следуя ей можно построить общество будущего. И эту теорию нельзя опровергнуть, следуя логике причинно-следственных отношений, следуя постулатам науки.

Источник

Попрошу уточнения: Вы говорите о весе или о массе?

>Привожу одну из задач занимательной физики Перельмана.
.Прав ли автор утверждая, что тонна дерева тяжелее тонны железа?

> «Тонна дерева и тонна железа»
Общеизвестен шуточный вопрос: что тяжелее — тонна дерева или тонна железа? Не подумавши, обыкновенно отвечают, что тонна железа тяжелее, вызывая дружный смех окружающих.
Шутники, вероятно, еще громче рассмеются, если им ответят, что тонна дерева тяжелее, чем тонна железа. Такое утверждение кажется уж ни с чем не сообразным, — и однако, строго говоря, это ответ верный!
Дело в том, что закон Архимеда применим не только к жидкостям, но и к газам. Каждое тело в воздухе “теряет” из своего веса столько, сколько весит вытесненный телом объем воздуха.
Дерево и железо тоже, конечно, теряют в воздухе часть своего веса. Чтобы получить истинные их веса, нужно потерю прибавить. Следовательно, истинный вес дерева в нашем случае равен 1 тонне + вес воздуха в объеме дерева; истинный вес железа равен 1 тонне + вес воздуха в объеме железа.
Но тонна дерева занимает гораздо больший объем, нежели тонна железа (раз в 15), поэтому истинный вес тонны дерева больше истинного веса тонны железа! Выражаясь точнее, мы должны были бы сказать: истинный вес того дерева, которое в воздухе весит тонну, больше истинного веса того железа, которое весит в воздухе также одну тонну.
Так как тонна железа занимает объем в 1/8 куб. м, а тонна дерева — около 2 куб. м, то разность в весе вытесняемого ими воздуха должна составлять около 2,5 кг. Вот насколько тонна дерева в действительности тяжелее тонны железа!

Источник

Что тяжелее — 1 кг ваты или 1 кг железа?

Если вам кажется, что вопрос прост настолько, что не заслуживает вашего внимания — вы, скорее всего, ошибаетесь. Парадоксально, но какой бы ответ вы ни дали, с определенными оговорками можно утверждать, что ваш ответ правильный. Как так?! Тут речь, скорее, о том, насколько глубоко вы понимаете суть вопроса.

Когда этот вопрос задают маленьким детям, которым еще недоступно понятие массы, они просто игнорируют тот факт, что масса объектов одинакова, и более тяжелым назначают более плотный объект. Потому что очевидно: «железо тяжелое», а «вата лёгкая».

Когда этот же вопрос задают ученикам старшей школы и людям постарше, спрашивающий пытается уличить испытуемого в том, что тот всё еще не вышел из детского возраста. Иногда это и правда так. Но часто и сами спрашивающие не отдают себе отчета в том, что, узнав в начальной школе понятие массы, они все еще не разделяют понятия массы и веса.

Проведем мысленный эксперимент. Заменим в условии задачи вату на дерево (*) и представим взвешивание обоих объектов в какой-нибудь плотной среде. Например, в масле или в воде. Очевидно, что вес одинаковых по массе объектов будет различен, в силу того, что на объекты в разной степени будет действовать выталкивающая сила — Fa. В соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила Fa = pgV, где p — плотность среды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; V — объём части тела, погружённого в среду, м3. Г. Маззучелли, «Архимед с криком „Эврика“ бежит к царю», 1737 г.
Фото: ru.wikipedia.org

(* Замена нужна, в первую очередь для наглядности, т.к. большинству людей легче представить поведение в воде дерева, чем ваты. Но это не единственная причина. Есть еще, как минимум одна, о которой речь пойдёт позже.)

Очевидно, что разной плотности объекты, обладающие одинаковой массой, будут иметь разный объем и, как следствие, разную выталкивающую силу Fa, что, в свою очередь, приведет к разному весу объектов, т.к. выталкивающая сила противоположна по направлению силе тяжести.

Закон Архимеда применим не только к жидкостям, но и к газам.

В задаче ничего не сказано о среде, в которой производится взвешивание. Но мы понимаем, что в большинстве случаев спрашивающий имеет в виду взвешивание в условиях земной атмосферы на поверхности Земли. Кто-то может сказать, что воздух недостаточно плотная среда и его влиянием можно пренебречь. Но, во-первых, в условии задачи ничего не говорится о точности взвешивания. Во-вторых, воздух является достаточно плотной средой для того, например, чтобы удерживать самолет Ан-225 «Мрия» с грузоподъёмностью более 250 тонн. Поэтому не будем его влияние преуменьшать. Но обратимся учебнику «Занимательная физика». Книга 1. Глава 5. Свойства жидкостей и газов, где Яков Перельман в главе «ТОННА ДЕРЕВА И ТОННА ЖЕЛЕЗА» всё уже за нас посчитал. (ссылка на книгу: https://allforchildren.ru/sci/perelman1−58.php)
Яков Исидорович Перельман
Фото: ru.wikipedia.org

«…тонна дерева занимает гораздо больший объем, нежели тонна железа (раз в 15), …
Так как тонна железа занимает объем в 1/8 куб. м, а тонна дерева — около 2 куб. м, то разность в весе вытесняемого ими воздуха должна составлять около 2,5 кг».

Таким образом, разница между 1 кг дерева и 1 кг железа составит примерно 25 граммов. Очевидно, что если вместо дерева будет вата, то эта разница возрастет. Много это или мало — решать вам.

Но значит ли это, что железо будет весить больше дерева? Голосом Майкла Стивенса из «Vsauce»: «Не-е-ет!»

Точнее, не всегда. Перельман оперирует понятием «истинный вес»:

«Каждое тело в воздухе „теряет“ из своего веса столько, сколько весит вытесненный телом объем воздуха. Дерево и железо тоже, конечно, теряют в воздухе часть своего веса. Чтобы получить истинные их веса, нужно потерю прибавить. Следовательно, истинный вес дерева в нашем случае равен 1 тонне + вес воздуха в объеме дерева; истинный вес железа равен 1 тонне + вес воздуха в объеме железа».

Речь о том, что различают истинный вес — вес тела, измеренный в вакууме, и кажущийся вес (англ. apparent weight).

Таким образом, если мы говорим именно об «истинном весе», мы должны были бы сказать:

«истинный вес того дерева, которое в воздухе весит тонну, больше истинного веса того железа, которое весит в воздухе также одну тонну» (Я. Перельман).

Тут важно понимать, что пример, который приводит Перельман — это отчасти шутка, цель которой перевернуть ситуацию таким образом, чтобы уже не вы, но задающий вопрос оказался в неудобном положении.

«Общеизвестен шуточный вопрос: что тяжелее — тонна дерева или тонна железа? Не подумавши, обыкновенно отвечают, что тонна железа тяжелее, вызывая дружный смех окружающих. Шутники, вероятно, еще громче рассмеются, если им ответят, что тонна дерева тяжелее, чем тонна железа».

В строгом смысле по законам физики этот ответ можно считать верным. Но действительно ли, задавая вопрос, что тяжелее — «N-ная масса дерева или N-ная масса железа?», мы имеем в виду их «истинный вес»? Нет. Как правило, нас как раз интересует «кажущийся вес» (apparent weight). Например, мы купаемся в море и нас интересует, что нам легче будет поднять в воде: объем массы железа или такой же объем массы дерева — это «apparent weight».

Некоторые физики и вовсе считают, что понятие «вес» в физике не является необходимым. Если вес — это сила, то достаточно просто понятия «сила», а такое понятие, как «вес», является избыточным

В.Г. Зубов. Механика. М.: Наука, 1978., § 71, с. 176: «В механике понятие веса является совершенно лишним. Но так как это слово простое, привычное, то им часто пользуются».

Не будем углубляться в терминологию. Нам достаточно того, что наш «вес» соответствует термину «apparent weight» в англоязычных источниках, а «weight» — нашей «силе тяжести».

Но если вы думаете, что здесь (наши полномочия — всё!) наши злоключения заканчиваются, то нет. Помните, когда мы меняли вату на дерево, то указали только одну причину, почему это делаем? Пришло время поговорить и о следующей.

Если в данной задаче мы используем для сравнения такие материалы как, например, пух (вата в меньшей степени, но и ваты это тоже касается), перед нами встает необходимость различать, такие понятия, как «насыпная плотность» и «плотность материала». Плотность одной пушинки и плотность горы пуха — понятия не тождественные. Вата, конечно, имеет какую-то определенную плотность. Но в обсуждении этой темы я постоянно сталкивался с размышлениями о том, до какого объема можно ужимать вату, чтобы это все еще могло называться ватой? Чтобы подобных дискуссий избежать, проще отказаться от ваты, заменив ее, например, деревом.

Но и это не всё! С железом тоже не всё однозначно. Дело в том, что если взвешивание мы проводим на Земле, то нужно учитывать, что наша планета — это огромный магнит. И магнитное поле Земли по-разному будет влиять на металл и на дерево. Гравитационные аномалии Земли по данным проекта «GRACE»
Фото: ru.wikipedia.org

Также можно, например, вспомнить о том, что ускорение свободного падения (g) — разное в разных частях планеты (разница на полюсах и экваторе может составлять 0,04 м/с²). Также можно заявить, что мы не учитываем скорость вращения Земли и центробежные силы, при этом возникающие. Не учитываем высоту над уровнем моря или геометрию взвешиваемых объектов, которая тоже может иметь значение. Лист железа можно раскатать в фольгу большой площади, а вату (или дерево) оформить в высокий цилиндр. Атмосферный столб будет воздействовать на объекты с разной геометрией по-разному. Все эти (и не только эти) факторы действительно имеют место, мы помним о них, но пренебрегаем ими, как незначительными.

Давайте на этом все-таки остановимся. Если вы дочитали до этого места — вы мой герой!

Хотелось бы отметить, что это, пожалуй, самая полная и развернутая попытка ответить на вынесенный в заголовок вопрос. Все вышеизложенные точки зрения, разумеется, есть в разных статьях и учебниках по физике и механике, но такого, чтобы кто-то попытался собрать все это в отдельную статью, я не нашел.

Представим себя на месте очередной девочки Вики, которая не может ответить на вопрос: «Что тяжелее — 1 кг ваты или 1 кг железа?»

Суть, думаю, вы поняли. Любой из предложенных ответов будет правильным. Главное, чтобы вы смогли доказать — почему.

Источник

Что тяжелее?

Счастья, удачи, учите физику.

А где сказано, в какой среде проводится замер, м, физик?

Я этой хохмой во втором классе затроллил физрука (не хотел, честно, но он так и не понял, в чём была суть).

На вату действует большая сила выталкивания, чтобы иметь массу равную массе железа при маленькой плотности ваты, она должна занимать объем больший по сравнению с железом. И вот тут вступает закон Архимеда, который гласит:

жертвы егэ.. дебил мля

«-Что тяжелее килограмм ваты или железа?»

«Да, на оба тела действует одинаковая сила тяжести»

Еще Яков Перельман разбирал это.

Один килограмм железа, действительно, тяжелее килограмма ваты.

Бред какой-то. Тоже самое, что один километр грунтовой дороги, длиннее километра асфальтовой.

Касательно закона Архимеда. На объем, занимаемый ватой, он не действует. Догадайтесь почему. Наверное потому, что она воздухопроницаема? Для примера попробуйте утопить в воде цельный полый шарик и такой-же полый шарик с дырками.

Так вот, если взять куб ваты, и куб железа такой-же массы, но с откачанным из него воздухом, то вес железного куба будет даже меньше из-за той-же силы архимеда. И это при одинаковой массе.

Мои мозги со мной попрощались и улетели.

Это глобальное потепление во всем виновато

Аниме Закон Архимеда

Как записать два бита на один атом и как «утонуть вверх». Дайджест новостей науки за неделю

В очередной раз собрали самые интересные новости науки за прошедшую неделю.

Подробности про отличия Neuralink Илона Маска от подобных технологий; Почему ледники Земли тают по плохому сценарию; Можно ли плавать вверх ногами как в фильме «Начало»; Что за кровавые следы нашли на Луне; И как добиться сверхплотной записи информации?

00:28 Чем уникален Neuralink

03:09 Льды тают по наисквернейшему сценарию

05:58 Плавание вверх ногами в левитирующей жидкости

08:15 На Луне нашли окисленное железо

10:19 Ученые приблизились к сверхплотной записи информации

(все ссылки на пруфы и исследования в описании ролика на ютубе)

Естественно, вживляемые мини-проводки LINK это не первая попытка добраться до мозга.. но предыдущие технологии, мягко говоря, были более топорными. Проводки нейролинка в 10 раз тоньше человеческого волоса, они считывают происходящее в мозге с отдельных нейронов, и, в будущем научатся стимулировать их. До недавнего времени внедрить 1000 электродов в мозг было мягко скажем сложно, лучшие образцы интерфейсов мозг-компьютер работали с сотней. К тому же чем тоньше электрод, тем меньше потенциальный урон мозгу через повреждение сосудов или самой ткани мозга. Разумеется, без тонкой хирургической операции, проводимой роботом, не обойтись.

Если так пойдет дальше, то ближе к концу века таяние ледников поднимет уровень океана еще на 17 сантиметров, а это грозит еще 16 миллионам человек, живущих в прибрежных регионах и городах, регулярными наводнениями.

Плавание вверх ногами в левитирующей жидкости

Если достаточно плотную жидкость при стекании вниз в сосуде подвергнуть вертикальным вибрациям, то она сможет задержаться на подушке из менее плотного воздуха и буквально левитировать. Ученые задумались, а как будут вести себя объекты в таком левитирующем слое? И если на верхней поверхности они вели себя прилично, то на нижней….

Если разместить объект на нижней поверхности, он не падает вниз. Отчасти из-за того, что давление под слоем жидкости высоко, слой воздуха сжимается под тяжестью жидкости. Но и в самой жидкости при движении наверх давление уменьшается, ведь чем выше, тем меньше слой воды. Объект выталкивается вверх до достижения некой точки равновесия выталкивающей силы с гравитацией.

Окисленное железо на Луне

На спутнике Земли обнаружили настоящий кровавый минерал, гематит. На нашей планете он представлен железной рудой, оксид железа. Но вот откуда на бескислородной Луне окисленное железо? До сих в образцах Лунного грунта людям встречалось лишь металлическое железо.

Т.к. на видимой стороне Луны гематита больше, то вероятно следующее: солнечный ветер крадет кислород их верхних слоев атмосферы Земли. Луна, проходя через хвост магнитосферы планеты, перехватывает его, а он уже реагирует с железом по чуть-чуть на протяжении миллиардов лет. С другой стороны, в смысле на темной стороне, на полюсах есть некоторое количество водяного льда. А если его подогреть, например, падающим метеоритом, то он может испариться и тоже вступить в реакцию с железом.

Ученые нашли способ менять орбитальный момент, не влияя при этом на спин. Все благодаря эффекту Эйнштейна-Хааза. Образно, разворот орбитального момента может быть скомпенсирован, если немного повернуть кусочек металла, которому принадлежит атом.

Ранее на уровне отдельного атома такой эффект не наблюдался. Но при помощи туннельного микроскопа, манипулирующего отдельными атомами, это удалось осуществить. Для этого потребовалось, чтобы атом железа, для которого меняли орбитальный момент, не затрагивая спин, находился четко поверх одного магнитно-нейтрального атома азота.

В отдаленной перспективе эта техника даст возможность писать на один атом сразу два бита информации. Немыслимая плотность. Атомный носитель информации.

Ликбез по физике (видео)

Всем привет. Недавно я начал работу над обучающими видео, в которых разбираются задачи по физике и астрономии средне-школьного уровня. В основном, как мне кажется, это пригодится для взрослых людей, которые хотели бы вспомнить курс физики, а может быть даже восполнить некоторые белые пятна. Также этот материал, думаю, может пригодиться и вашим детям-старшеклассникам, если они проходят соответствующие темы.

В частности, мне не очень нравится способ подачи материала в обычных учебниках физики, когда вместо того, чтобы сразу обозначить формулу и обсуждать следствия из неё, авторы предварительно целыми абзацами ходят вокруг да около (хотя, быть может, детям так проще усвоить материал, мне сложно судить). В этом смысле выдавать материал для взрослых тем и хорошо, что вы мельком знаете обо всём. Нужно лишь брать любую тему (из 8 класса или 11, неважно) и кирпич к кирпичу собирать её.

Как это у меня выходит, вы можете оценить по трём первым видео, которые готовы на текущий момент.

1) Ускоренное движение:

Основная задача: Поезд, двигаясь от остановки, прошел в течение 50 сек 200 м и достиг скорости 6 м/с. Увеличивалось или уменьшалось ускорение движения с течением времени?

2) Высота геостационарной орбиты:

Содержание с таймкодами: 0:30 основная задача (головоломка про погружение шаров в сосуды с водой); 1:20 гравитация, сила тяжести (без учёта центробежного ускорения) mg, ускорение свободного падения = 9.8 м/с2; 3:35 опять про килограмм-силу, про показания весов (кгс отображают в кг); 4:40 сила противодействия опоры N, понятие «вес»; 6:47 понятие «давление», единица давления Паскаль; 7:50 типичные давления окружающих предметов; 8:44 закон Паскаля (передача давления во все точки газа-жидкости); 9:25 гидравлический пресс; 10:00 жидкость в гравитационном поле; 10:28 понятие «плотность», плотность воды и прочих веществ, пересчёт кг/м3 в кг/литр и г/см3; 14:03 вывод гидростатического давления P = ρgh, не путаем давление и силу давления; 15:20 вывод закона Архимеда F = ρgV для прямоугольного параллелепипеда, обоснование для любой формы вытесненной жидкости; 17:49 формулировка закона Архимеда; 18:21 задача про уменьшение «веса» шарика при погружении в воду, понятие средней плотности; 20:59 про «невесомость» в воде и тренировки космонавтов; 21:43 атмосферное давление, столб воздуха, распределение давлений по высоте, плотность воздуха (средняя и локальная), условие использования формулы гидростатического давления для газа, задача про самолёт-опылитель; 24:30 задача по воздухоплаванию (гелиевый шар); 25:54 атмосферное давление и высота соответствующего водяного (10 м) и ртутного (760 мм) столба, проблемы поверхностных насосов с глубокими водяными скважинами; 27:50 задача на гидростатическое давление и сообщающиеся сосуды; 30:55 решение основной задачи (головоломка про сосуды и весы).

Пишите комментарии: достаточно ли понятно изложен материал, насколько актуально это очередное изобретение велосипеда (при обилии других обучающих материалов).

Источник

ЧТО ТЯЖЕЛЕЕ — КИЛОГРАММ СВИНЦА ИЛИ КИЛОГРАММ ПУХА?

Нетрудно заме­тить, что в воде те­ла становятся легче. Взвесьте какой-ни­будь предмет на пружинных весах (рис. 27, а). Затем опустите его в воду. Как видите, стрелка весов указывает те­перь меньшее зна­чение (рис. 27, б).

Если тело вытесняет сравнительно немного воды, то и потеря его веса невелика. Таковы камни, куски металла
и т. п. Все они под действием притяжения Земли опуска­ются на дно — тонут.

Если же вытесненная телом вода весит больше его са­мого, то. такое тело становится как бы невесомым. Оно уже не тонет, а наоборот, всплывает. Примером подобных тел служит пробка.

Закон Архимеда справедлив и для газов. Взвесив тело сначала в пустоте, а потом в воздухе, мы обнаружим, что во втором случае вес тела уменьшился. Уменьшение веса зависит от объёма вытесняемого телом воздуха.

Вспомните детский воздушный шар, наполненный водо­родом. Сколько бы вы ни пытались его взвесить, у вас не­чего не получится. Шар будет упорно взлетать вверх, словно свидетельствуя этим о своей «невесомости». Но на самом ли деле он ничего не весит?

Мы знаем, что водород значительно легче воздуха. Оболочка шара вместе с наполняющим её водородом весит меньше, чем вытесняемый шаром воздух. Разница этих ве­сов создаёт так называемую подъёмную силу, благодаря которой воздушный шар и не падает на землю.

Погрешность, обусловленная законом Архимеда, может возникнуть и при взвешивании других тел. Ведь при раз­ных температурах и на различных высотах вес воздуха не­одинаков. Так, тёплый воздух легче холодного. У по­верхности земли воздух тяжелее, чем высоко в горах, отсюда и результат взвешивания может оказаться раз­личным. Поэтому при очень точных измерениях веса и массы взвешивание производится в безвоздушном пространстве.

Вес тела в пустоте принято называть истинным.

Вернёмся теперь к ответу на наш вопрос. Пусть истин­ный вес свинцового груза 1 килограмм. Положим этот груз на одну чашку рычажных весов. На другую поместим кипу пуха, истиный вес которой также равен 1 кило­грамму. Уравновесятся ли чашки весов, если взвешивание производится, как обычно, в воздухе? Оказывается, нет!

Ведь объём свинцового груза очень мал, а объём кипы пуха велик. Кипа вытесняет много воздуха, поэтому она, согласно закону Архимеда, становится заметно лег­че. Свинцовый же груз весит в воздухе почти столько же, сколько и в пустоте. Разница в весе заставляет чашку со свинцом опуститься, а с пухом — подняться (рис. 28).

Вот и выходит, что килограмм свинца может оказаться «тяжелее», чем килограмм пуха! Конечно, говоря о «кило-

Рис. 28. Что тяжелее — килограмм свинца или килограмм пуха?

Грамме» свинца и «килограмме» пуха, надо помнить, что имеются в виду истинные веса этих тел, а не веса в воз­духе.

О сих пор мы говорили главным образом об измерении длины и веса. Между тем существует ещё ряд вели­чин, измерение которых столь же необходимо для чело­века. Одна из них — время.

В нашей жизни очень многое делается по часам. К определённому часу мы идём на работу, в определённое время отправляются и прибывают поезда, начинаются спектакли, лекции, собрания. Поэтому мы часто спраши­ваем: «который час?». Но всегда ли наши часы показывают точное время?

Мы знаем из опыта, что часы за сутки могут уйти впе­рёд или отстать на несколько секунд, а то и минут. А за несколько месяцев ошибка в их показа-ниях достигнет часа и даже больше. Доверившись таким часам, мы наверняка опоздаем на поезд, на работу. Чтобы этого не случилось, часы проверяют по сигналам точного времени, которые передаются по радио четыре раза в сутки.

Как же узнают точное время? Как добиваются того, чтобы показания часов всегда были одинаковыми?

Издавна за единицу времени принимают сутки. В тече­ние суток земной шар делает один оборот вокруг своей оси. Земля — это как бы огромная часовая стрелка, ука­зывающая самое точное время.

Но как пользоваться такими часами? Ведь мы не чув­ствуем, что Земля вращается. Так, пассажир, сидящий в каюге спиной к окну, обычно не чувствует движения паро­хода. Однако стоит ему взглянуть в окно, и станет ясно, что пароход движется. Так же можно обнаружить и враще­ние земного шара. Понаблюдайте за звёздным небом — звёзды не стоят на месте. Нам кажется, что небосвод или, как говорят астрономы, небесная сфера вместе со звёз­дами вращается вокруг невидимой оси. В действительно­сти же, как мы знаем, вращаются не звёзды, а сама Земля. Так и пассажиру, смотрящему в окно каюты парохода, тоже кажется, что движется не пароход, а берег — мед­ленно уплывают назад пристани, мосты, огни прибрежных селений.

Земдя вращается равномерно, поэтому равномерно «движутся» и звёзды. В определённый момент времени каждая звезда проходит через определённую точку неба.

Но наблюдать за звёздами можно только по ночам, да и то лишь в ясную погоду. А как быть в промежутках между этими наблюдениями? Ведь современная наука предъявляет очень высокие требования к точности опреде­ления времени. Во многих случаях, например в геоде­зии [6]) и кораблевождении, необходимо знать время с ошибкой не более чем в сотую, а иногда и тысячную долго секунды. Значит, необходимы очень точные часы, которые в промежутках между астрономическими наблюдениями показывали бы время с ничтожной погрешностью.

От чего же зависит точность часов? Почему одни часы точнее других?

Взгляните на стенные часы, ну хотя бы на обычные хо­дики. Прежде всего вам бросится в глаза качающийся маятник. Это очень важная часть часового механизма — она управляет ходом часов. Маятник особым образом свя­зан со стрелками часов: при каждом его качании стрелки передвигаются на определённую часть окружности ци­ферблата.

Движение маятника поддерживается пружиной или гирями. Заводя пружину или поднимая гирю, мы затрачи­ваем определённую энергию. Но энергия эта не пропадает даром — она накапливается пружиной. Заведённая пру­жина медленно раскручивается, а поднятая гиря опу­скается. При этом запасённая ими энергия передаётся маятнику и раскачивает его, не давая остановиться.

Отведите в сторону маятник незаведённых часов и от­пустите его. Размах колебаний будет понемногу умень­шаться — энергия, которую мы первоначально передали маятнику, расходуется на трение в точке подвеса и на со­противление окружающего воздуха. Но сосчитайте, сколько колебаний делает маятник, скажем, за четверть минуты. Легко убедиться, что число колебаний остаётся почти неизменным даже тогда, когда размахи маятника заметно уменьшатся.

Таким образом, от качества маятника, от того, на­сколько его длина меняется при изменении температуры, зависит в основном точность часов.

В самых точных — эта­лонных — часах (храните­лях времени), по которым узнают время в промежут­ках между астрономически­ми наблюдениями, маятник сделан из специального сплава — инвара, что в пе­реводе с латинского озна­чает «неизменный». Длина подобного маятника, а сле­довательно, и частота, с ко­торой он колеблется, почти не зависят от температуры.

Рис. 29. Эталонные часы.

Чтобы на ход эталонных часов не влияло атмосфер­ное давление, их помещают в цилиндр, из которого за­тем откачивается воздух (рис. 29).

Чтобы такие часы не ис­пытывали толчков, их опу­скают глубоко под землю, в специальные подвалы.

Благодаря всем этим мерам точность часов — хранителей времени — очень высока — за сутки они «уходят» или отстают всего лишь на тысячную до­лю секунды.

По эталонным часам по­веряются образцовые ча­сы — хронометры (от гре­ческого слова «хронос» — время), суточная погреш­ность которых составляет примерно 0,1 секунды. По хронометрам производится поверка всей массы осталь­ных часов.

Ежедневно через мощные радиовещательные станции передаются сигналы точного времени. В нашей стране эти сигналы состоят из двух звуковых «тире» и одной «точки», которая с погрешностью примерно 0,1 секунды отмечает определённый момент времени (например, 19 часов, 00 ми­нут, 00 секунд).

Широко распространена также передача сигналов вре­мени по телефону. Позвоните по определённому номеру (в различных городах он неодинаков), и вы услышите го­лос, называющий часы и минуты. Вы «разговаривали» с особым звуковоспроизводящим аппаратом, который управляется хронометром.

С помощью электрических устройств хронометры могут также управлять ходом сотен других часов, связанных с ними проводами. Такие часы есть в любом крупном городе. Их стрелки движутся скачками, повинуясь ежеминутным электрическим сигналам, поступающим от хронометров.

Но в некоторых случаях даже эталонные часы оказы­ваются недостаточно точными. Во многих астрономических и геофизических исследованиях необходимо определять время с меньшей погрешностью. А как ни пытались ещё более улучшить маятниковые часы, ничего не получилось. Их возможности были исчерпаны.

И тогда учёные создали так называемые кварцевые часы, работающие по иному принципу. В кварцевых ча­сах вы не найдёте ни пружины, ни гирь, ни мерно раска­чивающегося маятника. Как же они действуют?

В природе есть один замечательный минерал — кварц. Он встречается в виде песка, гальки и красивых много­гранных кристаллов. Одна из разновидностей кристалли­ческого кварца — прозрачный, как родниковая вода, гор­ный хрусталь. Из хрусталя делают вазьр, бокалы, люстры, которые вы, вероятно, не раз видели.

Чем же замечателен кварц? Прежде всего своей проч­ностью и твёрдостью — твёрже его только алмаз, корунд и топаз. Кроме того, кварц почти не расширяется при на­греве и не поддаётся воздействию большинства кислот.

Но, пожалуй, самое интересное свойство кристаллов кварца состоит в следующем.

Рис. 30. При сдавливании на гранях квар­цевой пластинки возникают электрические 8аряды, и стрелка прибора, соединённого, с электродами, отклоняется.

Благодаря пьезоэлектрическим свойствам кварца квар­цевая пластинка может превращать электрическую энер­гию в механическую и наоборот. Если электроды такой пластинки с помощью проводов подключить к сети пере­менного электрического тока, то кварцевая пластинка начнёт колебаться — поочерёдно сжиматься и растяги­ваться. Сколько раз изменится направление электриче­ского тока, протекающего в сети, столько же раз сожмётся и растянется кварцевая пластинка [7]).

Кварцевая пластинка, как и маятник часов, обладает собственной частотой, с которой она начинает колебаться

После толчка. Собственная частота колебаний пластинки, как и частота маятника, зависит от её размеров и массы.

Поскольку кварц при нагревании расширяется ни­чтожно мало, собственная частота кварцевой пластинки исключительно постоянна. Если пластинку нагреть или охладить на один градус, то её собственная частота изме­нится всего лишь на несколько десятитысячных, а иногда даже стотысячных долей процента.

Учёные и решили использовать кварцевую пластинку в качестве своеобразного электрического маятника для но­вых исключительно точных часов.

Колебания такого «маятника» поддерживаются с по­мощью специального электрического устройства, так на­зываемого лампового генератора. Название это происходит от слова генерировать, что значит возбуждать. Генератор черпает энергию от электрической батареи и передаёт её пластинке. Таким образом, в кварцевых часах он как бы заменяет пружину. Кварцевая пластина вырабатывает переменный ток исключительно постоянной частоты, пред­назначенный для питания особого электромотора. Ско­рость вращения этого электромотора (число оборотов в минуту) зависит от частоты питающего тока. Поскольку частота тока почти неизменна, то постоянно и число обо­ротов мотора в минуту.

Соединив подобный электромотор с механизмом, вра­щающим часовые стрелки, мы получим чрезвычайно точ­ные часы.

Суточная погрешность таких кварцевых часов — всего лишь десятитысячная доля секунды, то есть в де­сять раз меньше погрешности обычных астрономиче­ских часов!

Кварцевые часы уже помогли учёным сделать важ­ное открытие. Оказалось, что вращение земного шара, вокруг оси происходит не строго равномерно. Длитель­ность суток меняется на несколько десятитысячных долей секунды.

Показания этих часов регулярно сравнивают между собой и проверяют по звёздам. В этом и заключается «хранение времени».

Конечно, нельзя сбрасывать со счётов и обычные астро­номические часы — они пока ещё не потеряли своего значения благодаря долговечности и надёжности в экс­плуатации. Кварцевые часы пока ещё не так надёжны — ведь в генераторе есть лампы, которые могут внезапно перегореть. Но сейчас на смену лампам приходят значи­тельно более долговечные полупроводниковые электрон­ные приборы. Применение их намного повысит надёжность кварцевых часов.

А возможны ли часы ещё точнее, чем кварцевые?

Современная наука отвечает на этот вопрос утверди­тельно. Теперь созданы новые часы — атомные или моле­кулярные. Пока ещё такие часы несовершенны, и точность их меньше, чем кварцевых. Но в будущем они окажутся точнее.

Как же работают атомные часы?

Вспомним строение вещества. Все тела в природе по­строены из атомов различных химических элементов. В большинстве веществ атомы объединены в более круп­ные частицы — молекулы. Каждый атом и каждая моле­кула, подобно любому упругому телу — струне, пружине и х д.— обладает определённой собственной частотой, на которую резонирует — «откликается». Поскольку атомы или молекулы одного и того же вещества одинаковы, оди­наковы и их собственные частоты. Эти частоты исклю­чительно постоянны и почти не зависят от внешних влияний — температуры, атмосферного давления и др. Вот почему так заманчиво использовать колеблю­щийся атом или молекулу в качестве часового меха­низма.

Но как это сделать?

Учёные разработали несколько вариантов атомных ча­сов. Вот, например, один из них.

Источник