Рис. 30. Движение тела в «бездонном» колодцеА если этот колодец рыть не вертикально вниз, а по хорде земного шара?
Можно было бы прорыть так туннель между двумя большими городами и ездить
без затрат энергии. При отправлении поезд как бы «проваливался» в
туннель под большим углом, разгонялся к середине туннеля, а затем
выскакивал бы на станцию назначения (рис. 31). Проект этот был описан в
брошюре почти вековой давности с оригинальным названием: «Самокатная
подземная железная дорога между С. – Петербургом и Москвой.
Фантастический роман пока в трех главах, да и то неоконченных». Автор
«романа» А. А. Родных считал, что, во-первых, такой туннель соединял бы
города по кратчайшей линии, а во-вторых, поезд там якобы должен
двигаться сам собой, под действием сил гравитации, как и вышеупомянутое
тело в бездонном колодце. С той лишь разницей, что тут нужны колеса,
опирающиеся на рельсы, так как составляющая сил гравитации, направленных
к центру Земли, будет прижимать поезд к рельсам особенно сильно в
центре туннеля.
Рис. 31. Самокатная подземная железная дорога между С. – Петербургом и МосквойИнтересно то, что, не будь сопротивления движению такого поезда, поездка в этом
туннеле заняла бы то же время, что и полет в бездонном колодце, – 42
минуты и 12 секунд в один конец. Автор специально не называет длину
такого туннеля, она не играет роли – между какими угодно точками на
Земле поезд в таком туннеле будет идти одно и то же время. Правда, с
разной скоростью – чем короче туннель, тем меньше скорость, а
максимальной она будет в бездонном колодце в его центре – 8 км/с.Конечно, в то время, когда была написана брошюра А. А. Родных, такой проект был
бы совершенно фантастичным. Речь не идет даже о трудностях рытья туннеля
– не очень глубокий можно было бы прорыть уже в наше время. Но шел бы в
таком туннеле поезд сам собой? Да, шел бы, под действием сил
гравитации, и только первую половину пути, где эти силы разгоняли бы
его. На второй половине силы гравитации направлены уже против движения и
они будут тормозить разогнанный поезд. К этим силам присоединятся силы
сопротивления воздуха, огромные на больших скоростях, особенно при
движении в трубе-туннеле; поезд играл бы здесь роль поршня в насосе.
Немалую роль сыграют колеса поезда, которые, кроме сопротивлений их
движению по рельсам, таят еще одну опасность: скорости свыше 300 км/ч
они переносят плохо, а при больших могут и вообще разорваться на
страшные осколки.Современная техника могла бы предложить вместо колес магнитную подвеску поезда, а также систему откачки воздуха из
трубы-туннеля, которую всерьез рассматривают создатели скоростных
магистралей в США и Японии. Тогда оставалась бы одна трудность – рытье
туннеля на большой глубине. Но этого и не надо делать. Вполне достаточно
заглубиться на некоторую, технологически удобную глубину и вести
туннель как бы параллельно поверхности Земли, т. е. по радиусу. На
выходе из туннеля следовал бы небольшой подъем – и дело сделано. Такой
профиль туннеля, называемый «горочным», уже используется при
строительстве метро и других подземных магистралей (рис. 32). Удобно
здесь то, что на разгон поезда не уходит так много мощности, он
разгоняется как бы сам собой, а при выходе подъем тормозит поезд без
тормозов, что также выгодно. Идет энергия только на поддержание скорости
в средней части туннеля, что не очень много. Вот как гравитация могла
бы помочь транспорту.
Рис. 32. «Горочный» профиль туннеляСилы гравитации не только притягивают тела друг к другу – они еще сжимают
их. Да, да, они сжимают и нас с вами, и атмосферу (она обязана этому
своим давлением!), и воду в морях и океанах, которая «выталкивает» из
себя и корабли, и людей, когда они плавают. В космическом корабле этой
Архимедовой выталкивающей силы практически нет! Да и сам земной шар
приобрел такую форму и держит ее устойчиво только благодаря гравитации.
Не будь ее, он рассыпался бы во все стороны в экваториальных плоскостях
от суточного вращения Земли (рис. 33). Ведь скорость точки на экваторе –
почти 0,5 км/с, такая скорость маховики разрывает, не то что рыхлую
землю! То, что сохраняется форма земного шара (вернее, геоида), вода и
атмосфера на нем – заслуга гравитации!

Рис. 33. Разрыв Земли от вращения при исчезновении гравитацииГравитационные силы в физике считаются чрезвычайно слабыми. Так, например, в атомах
гравитационное притяжение электронов к ядру слабее, чем электрическое, в
число с сорока нулями! Но эти же «ничтожные» силы считаются в физике
дальнодействующими. Когда речь идет об огромных массах, даже удаленных
на большие расстояния, действие сил гравитации огромно.Даже далекая планета Нептун притягивает Землю с силой 18 х 10¹⁰ Н! Ну а силу притяжения Земли и Солнца даже представить трудно. Если
«привязать» Землю к Солнцу тросами диаметром 5 м каждый, выдерживающими
по 2 х 10¹⁰ Н натяжения, то таких тросов понадобится миллион миллионов, чтобы заменить силу притяжения Земли и Солнца! Этот лес
стальных тросов густо усеял бы всю половину земного шара, обращенную к
Солнцу, но вся эта колоссальная сила притяжения нужна лишь для того,
чтобы каждую секунду сворачивать Землю с ее «естественного» инерционного
прямолинейного движения только на 3 мм! Вот как сильна «слабая»
гравитация!Периодически в газетах появляются сообщения о некой «антигравитации», которую якобы получил тот или иной изобретатель.
Естественно, по законам того мира, в котором мы живем, никакой
антигравитации быть не может. Но это не помешало, например, фирме
«Боинг» в городе Сиетле (США) финансировать проект по облегчению взлета
самолета с помощью антигравитации. Проект секретный – еще бы, если дело
не выгорит, весь мир станет смеяться!

Свобода… в падении?

Выше мы говорили о падении легких и тяжелых тел, иначе говоря, предметов
легкого и тяжелого веса. Интересно, а какой вес у этих предметов в
падении, т. е. пока они летят вниз, разумеется, без учета сопротивления
воздуха. Взвешивание дает нулевой результат – ничего не весят, ни
легкое, ни тяжелое. А если нет веса – следовательно, невесомость? Что,
так легко получить невесомость даже на Земле?Зададимся вопросом: что такое вес? Это сила, с которой тело давит на опору – чашу весов, пол
и т. д. Нет опоры – нет и веса. Галилей, о котором мы так много
говорили, писал: «Мы ощущаем груз на наших плечах, когда стараемся
мешать его падению. Но если станем двигаться вниз с такой же скоростью,
как и груз, лежащий на нашей спине, то как же может он давить и
обременять нас?» Вот и описание невесомости уже в XVII в.Если стрелять из пушки с горы, как это описывал великий Ньютон, то ядро пушки
с увеличением скорости летело бы, а стало быть, и падало на Землю все
дальше и дальше от орудия, пока при первой космической скорости 8 км/с
не начало бы облетать земной шар по кругу и стало бы спутником Земли
(рис. 37). Во всех этих случаях ядро находилось бы в состоянии
невесомости, так как оно падало, не опираясь ни на что. А начав
вращаться вокруг Земли, эта невесомость сохранилась бы на все время
полета ядра. Интересно, что полный облет вокруг земного шара ядро
совершало бы за те же 84 минуты и 24 секунды, что и при движении тела в
бездонном колодце и наклонном туннеле!
Рис. 37. «Гора Ньютона», с которой якобы стреляет пушка, и траектории пушечного
ядра, выпущенного с различной скоростью: а – до 8 км/с; б – 8 км/сПри дальнейшем увеличении скорости ядра оно будет вращаться вокруг Земли по
эллипсу, а при скорости свыше 11,2 км/с навсегда покинет Землю как
спутник. Но во всех случаях оно будет в невесомости.Значит ли это, что ядро не притягивается Землей? Нет, на него действует сила
гравитации, но нет опоры, и ядро это движется с ускорением. Но оно ни на
что не давит, и поэтому веса не имеет. Масса, разумеется, сохраняется
той же, более того, тела внутри ядра (или космической станции)
притягиваются друг к другу силами гравитации (конечно, ничтожно малыми),
просто эти тела летят все вместе и независимо.