Сказочная физика

А. Б. Казанцева (2025)

Познакомьтесь с гномиками Алексом и Мишуном! Любознательные братья вместе с юными читателями отправятся в увлекательное путешествие и изучат, что такое фундаментальные силы Вселенной, космос, звук, свет, энергия и теплота. С помощью красочных иллюстраций и интересных историй вы узнаете многое и об окружающем мире: как видят и слышат разные животные, как водомерке удаётся бегать по воде, как рождаются и умирают звёзды и как развивалась жизнь на Земле. Полюбите физику и совершайте новые открытия одно за другим! Казанцева Алла Борисовна — кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей и экспериментальной физики МПГУ, лауреат конкурса РАН 2021 года за лучшие работы по популяризации науки. В формате PDF A4 сохранен издательский макет

Кто куда падает

Вечером Алекс и Мишун сидели на веранде своего домика, смотрели на звёзды и на луну. И вдруг Мишун спросил:

— А Луна почему не падает на Землю? Она, что ли, не притягивается к Земле этой гравитацией?

— И притягивается, и падает. Да только вот никак не упадёт, — улыбнулся Алекс.

Брови у Мишуна поползли наверх:

— А когда упадёт? Что тогда будет?

— Не бойся, никогда не упадёт. Она, наоборот, понемножку убегает всё дальше и дальше: совсем по чуть-чуть, по четыре сантиметра в год — на длину твоего пальца.

— Я не понял: так она падает или убегает?

— И то и другое: падает и понемножку убегает.

Мишун надулся:

— Ты надо мной смеёшься, так не бывает!

— Не обижайся, я постараюсь всё объяснить.

Алекс поднял с пола веранды шишку и подбросил её вверх. Когда шишка упала, он спросил:

— Шишка сейчас что делала?

— Сначала вверх летела, потом падала.

— Да, она от Земли пыталась убежать, но Земля её обратно притянула. Но физики весь полёт шишки назвали бы свободным падением. Свободным — потому что ей никто не помогал и не мешал: никакого мотора ведь у неё нет. А падением — потому что как бы шишка ни летела, она всё равно упадёт. Вот так ещё могу бросить.

Теперь Алекс кинул шишку вперёд и вверх, так что она полетела по широкой дуге и упала на лужайку перед домом.

— Это тоже было свободное падение, хотя и по кривой траектории — физики её называют параболой. Если бы я мог бросить шишку ещё сильнее, она получила бы от моего толчка ещё большую начальную скорость и полетела бы ещё выше и дальше. Шишка летела бы дольше, но всё равно упала. Земное тяготение, как резинка, привязывает её к Земле и не даёт улететь.

— А можно бросить её так, чтобы она не упала?

— В принципе можно, но я так не смогу. И никакой силач не сможет, потому что для этого ей нужно придать невероятно большую скорость. Если бы удалось разогнать нашу шишку до скорости 11 километров в секунду, то, куда бы ты её ни направил — вверх или в сторону, — она смогла бы «разорвать» резинку-тяготение и улететь в космос. Но это ужасно большая скорость! Только представь: пока ты скажешь «раз», она уже должна долететь до самолёта, который летит выше облаков и кажется нам отсюда точкой. Такую скорость физики называют «скоростью убегания», или второй космической скоростью. Есть и другой вариант: бросить шишку горизонтально, вдоль земной поверхности, со скоростью 8 километров в секунду (такую скорость называют первой космической). Ты не успеешь сказать «раз», как она уже скроется за горизонтом.

Мишун глубокомысленно заметил:

— Тогда сначала надо поднять её выше деревьев, чтобы она по дороге не зацепилась за них.

— Точно. Но поднять её надо даже выше гор и облаков — туда, где кончается воздух. Иначе он будет её тормозить, шишка потеряет скорость и упадёт. И вот если наша шишка разгонится до первой космической скорости, она станет искусственным спутником Земли. Она будет лететь по круговой орбите вокруг Земли. Её путь будет искривляться, но ведь и земная поверхность под ней искривляется, так что шишка будет оставаться на одной высоте над Землёй. Так она будет всё время падать, но никогда не упадёт.

— Смотри, — сказал Мишун. — В небе маленькая звёздочка летит. Может, самолёт?

— Нет, это как раз искусственный спутник. У самолёта огни мигают, а спутник выглядит в небе как двигающаяся звезда. Примерно за час он успевает облететь вокруг всей Земли. Сначала ракета-носитель подняла его над атмосферой и разогнала до первой космической скорости, а потом он уже летит сам — находится в свободном падении — и в ракете не нуждается.

— А почему он светится? У него тоже бортовые огни, как у самолёта?

— Нет, это солнечный свет отражается от его поверхностей, словно от зеркал. Луна тоже солнечный свет отражает, поэтому и светится.

— Ладно, я понял: Луна летит по кругу вокруг Земли и всё время падает, но никогда не упадёт.

Алекс добавил:

— А размер этого круга — лунной орбиты — постепенно увеличивается, на длину пальца за год.

— А Земля никуда не падает? — спросил Мишун.

— Конечно же, падает! Земля вместе с Луной очень быстро летят по круговой орбите вокруг Солнца и всё время падают на него — Солнце же гораздо больше Земли и других планет. Оно удерживает их всех своим тяготением, словно верёвочками, и не даёт улететь. Вокруг Солнца вращаются планеты, а вокруг большинства планет вращаются их спутники. Вот такая получается у нас космическая семья — Солнечная система.

— А Солнце никуда не падает?

— Солнце тоже летит и падает на ядро Галактики. Как и все другие звёзды Галактики. Все они — наша галактическая семья.

— Почему ты всё знаешь, Алекс?

— Потому что я всегда был любопытный, как и ты, задавал много вопросов и искал на них ответы.

— Значит, когда-нибудь я тоже буду таким умным?

— Обязательно!