Сказочная физика

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!

Далеко ли до космоса

– Мишун, мама велела спать ложиться! – позвал брата Алекс. Тот стоял возле открытого окна, глядя в звёздное небо.

– Я не хочу спать, я хочу смотреть на звёзды, – откликнулся Мишун. Мне кажется, что я растворяюсь в космосе… Алекс, а что это вообще такое – космос?

Алекс встал рядом и начал рассказывать, тоже глядя в окно:

– Слово «космос» пришло к нам из древнегреческого языка. В переводе оно означает порядок, гармонию. Наверно, древние греки, как и мы, любили любоваться звёздным небом. Они заметили, что все созвездия поворачиваются вокруг Земли как одно целое, словно нарисованы на большой сфере. А некоторые звёздочки – греки назвали их планетами, то есть странниками – передвигаются среди «неподвижных» звёзд, описывая странные петли. Но движения планет тоже повторяются, и древнегреческий учёный Птолемей смог предсказать их пути среди звёзд на две тысячи лет вперёд! Так что в небе, по мнению древних философов, царит полный порядок – космос. С тех давних времён космосом называют всё, что за пределами земной атмосферы.

– А космос и Вселенная – это одно и то же?

– В общем, да. Слово Вселенная – старославянское, оно означает «обитаемая, заселённая». Поначалу так называли только обитаемую часть космоса, а теперь и весь космос. Кто знает, кто там ещё возле других звёзд обитает…

– Алекс, а до космоса далеко?

– Как тебе сказать… С одной стороны, до космоса рукой подать: какие-то 80 или 100 километров – и земная атмосфера практически закончилась, начался космос. На машине ты бы проехал такое расстояние меньше чем за час. Но как же сложно было людям одолеть эти 80 километров и добраться до космоса!

– Потому что земное притяжение не пускает? – догадался Мишун.

– Не только поэтому. Ещё потому, что всё, на чём люди уже умели летать – воздушные шары, самолёты, – может летать только в воздухе. А в космосе ведь нет воздуха. Так что пока не придумали ракеты, космос оставался недоступен. Ракета разгоняется до первой космической скорости и добирается до космоса всего минут за десять. Люди впервые смогли построить такую ракету не так уж давно, в 1957 году, меньше 70 лет назад.

– Про ракеты потом расскажешь?