Силу, з якою на вас тисне стіна, називають доцентровою. Вона надає вам прискорення, потрібного для руху по колу: що вища швидкість, то більша доцентрова сила. Пригадайте: коли ви рухаєтеся по колу, навіть якщо швидкість не змінюється, має бути присутня сила (а отже, й прискорення). Так само гравітація виконує роль доцентрової сили для планет, унаслідок чого вони обертаються навколо Сонця (я розглядаю це в додатку 2). Силу, з якою ви тиснете на стіну, часто називають відцентровою. Доцентрова й відцентрова сили мають однакове значення, але протилежний напрямок. Не плутайте їх. На вас діє тільки доцентрова сила (а не відцентрова), а на стіну діє тільки відцентрова (не доцентрова).
Деякі «Ротори» крутяться так швидко, що коли підлога йде з-під ваших ніг, то ви не сповзаєте вниз. Чому так відбувається?
Подумайте. Якщо «Ротор» стоїть на місці, ви сповзатимете вниз під дією сили тяжіння, тому що сили тертя між вами і стіною (спрямованою вгору) не достатньо для того, щоб зрівноважити силу тяжіння. Утім сила тертя під час опущеної підлоги буде вищою, коли «Ротор» обертається, тому що вона залежить
від доцентрової сили. Що більша доцентрова сила (з опущеною підлогою), то більша сила тертя. Отже, якщо «Ротор» обертається достатньо швидко з опущеною підлогою, сила тертя може зрости настільки, що вона зрівноважить силу тяжіння, і тому ви не сповзатимете вниз по стінці.
Існує багато способів продемонструвати штучну гравітацію. Цей спосіб ви можете випробувати вдома. Ну добре, на подвірї. Привяжіть мотузку до ручки відерця з-під фарби, наповненого водою (краще десь наполовину, інакше його буде дуже важко обертати), а потім якомога швидше розкрутіть відерце над головою. Можливо, щоб робити це достатньо швидко, доведеться трохи потренуватися. Навчившись, ви побачите, що з відерця не проливається жодної краплини води. Мої студенти роблять це на лекціях, і мушу сказати, це справжній хіт! Такий невеличкий експеримент також пояснює, чому в деяких особливо підступних варіантах «Ротора», де атракціон потроху перевертається доти, доки ви якоїсь миті не опинитеся догори ногами, ви все-таки не падаєте на землю (звісно, з міркувань безпеки, там вас пристібають пасками).
Від сили, з якою нас відштовхують ваги, залежить, яку нашу вагу вони покажуть. Завдяки силі тяжіння а не її відсутності астронавти перебувають у стані невагомості. А коли яблуко падає на Землю, Земля падає на яблуко. Закони Ньютона прості, універсальні, глибокі та цілком нелогічні. Формулюючи їх, сер Ісаак Ньютон мав справу з абсолютно загадковим Всесвітом, і людству надзвичайно поталанило, що він зміг розгадати деякі із цих загадок і змусити нас зовсім по-новому поглянути на світ.
5 Я припустив, що дія гравітації на частинку така незначна, що нею можна знехтувати.
6 Британське королівське товариство нещодавно опублікувало оцифровану копію манускрипту Стаклі в інтернеті. Її можна переглянути тут: royalsociety.org/collections/turning-pages.
7 Якщо ви захочете використати цей коефіцієнт, зверніть увагу, щоб маса була виражена в кілограмах, а відстань у метрах. Тоді сила тяжіння буде у ньютонах.
8 Якщо масою підвісу не можна знехтувати і/або підвішене тіло не можна вважати матеріальною точкою, тоді це вже не математичний маятник. Це так званий фізичний маятник, який поводиться інакше.
Розділ 4
Магія пиття крізь соломинку
Для одного з моїх улюблених демонстраційних дослідів потрібні дві банки з-під фарби та рушниця. Я наповнюю одну банку водою до країв і щільно закриваю кришкою. Потім наповнюю другу, цього разу не доливаючи кілька сантиметрів до країв, і також щільно закриваю. Поставивши їх поряд на столі, я відходжу на кілька метрів до іншого столу, де стоїть перевернутий довгий білий деревяний ящик, у якому явно щось сховано. Я піднімаю ящик, і всі бачать рушницю на підпорі, націлену на банки з-під фарби. Студенти роблять великі очі: невже я стрілятиму на лекції?
«Що б сталося, якби ми прострелили ці бляшанки з-під фарби?» запитую я. І не чекаю відповідей. Я нахиляюся перевірити приціл і зазвичай ще трохи вовтужуся із затвором. Це допомагає створити напругу. Я видмухую пил з патронника, заряджаю кулю та оголошую: «Ну що, зараз вилетить. Ми готові?». Потім, стоячи збоку від рушниці, я кладу палець на курок, рахую «три, два, один» і стріляю. Тієї ж миті кришка з однієї банки злітає високо в повітря, тоді як у другої залишається на місці. Як думаєте, у котрої з банок злітає кришка?
Щоб дати правильну відповідь, вам спершу треба знати, що повітря, на відміну від води, стискається. Молекули повітря, як і будь-якого газу, можуть наблизитися одна до одної, чого не можуть зробити молекули води (чи будь-якої іншої рідини). Щоб змінити густину рідини, потрібно докласти страшенних сил і чинити тиск. Коли куля проходить крізь банки з-під фарби, вона створює всередині досить значний тиск. У неповній банці повітря виконує роль буфера, або амортизатора, тому вода залишається в тому самому стані й банка не вибухає. Але в повній банці тільки вода, яка не стискається. Тому додатковий тиск, який створює куля у воді, зі значною силою діє на стінки та кришку банки, і в результаті кришку зриває. Загалом, це надзвичайно драматичне видовище, і на студентів воно щоразу справляє величезне враження.