На чем земля держится - страница 6
. Тогда у нас вместо сложения движений получается сложение скоростей. Остальное ясно из чертежа и не требует дальнейших пояснений.
Нетрудно сообразить, что чем больше будет горизонтальная скорость (по направлению вперед), тем более пологим будет действительное движение тела. Наоборот, чем больше будет скорость падения, тем действительное движение тела будет направлено более круто по отношению к поверхности Земли.
Когда мы говорили о законе сложения движений, мы предполагали, что скорости обоих движений, в которых участвует тело, остаются постоянными в течение всего времени движения тела.
В этом случае траектория (так называют линию, по которой движется тело) тела будет прямолинейная, как это и было показано на рисунке 7. Но практически мы знаем, что траектория горизонтально брошенного тела всегда постепенно загибается и становится все круче и круче к поверхности Земли. Объясняется это тем, что когда тело падает, то скорость его падения с течением времени увеличивается. Это делается особенно ощутительным, когда падение тела происходит с большой высоты и проходит значительное время, пока оно упадет на Землю. В течение этого времени скорость горизонтального полета тела изменится очень незначительно (только из-за сопротивления воздуха). Но зато скорость его падения сильно возрастет. Поэтому если вначале траектория тела идет полого, то в дальнейшем она будет становиться все более и более крутой. Рисунок 8 поясняет это. В месте А тело получило толчок и в то же время начало падать. Вначале скорость падения была мала. Поэтому, пролетев в течение одной секунды в горизонтальном направлении расстояние АБ, тело в вертикальном направлении пролетело сравнительно небольшое расстояние АВ. В результате сложения движений тело пришло в место Г.
На рисунке видно, что тело двигалось в первый момент броска полого по отношению к поверхности Земли. Посмотрим теперь движение этого же тела в конце его падения также в течение одной секунды. В этом случае горизонтальная скорость движения тела осталась почти без изменения, но зато скорость его падения сильно возросла. Благодаря этому за одну секунду тело успело пролететь вниз значительно большее расстояние А>1Б>1. В результате сложения движений можно видеть, что тело прилетит в место Г>1. Рисунок 8 ясно показывает, что в конце своего падения тело летит значительно более круто по отношению к поверхности Земли, чем в начале.
Покажем теперь, что стоит только сообщить камню достаточно большую начальную скорость, как он, хотя и будет все время падать, никогда не упадет на Землю! Нам придется при этом учесть также то обстоятельство, что Земля — шар, а не плоскость.
Пусть (рис. 9) буква А обозначает выбранное нами место на земной поверхности, а буква О — земной центр. Мы бросаем камень из места Б, находящегося на некоторой высоте над местом А. Если мы просто отпустим камень без всякого толчка, то он упадет вниз — в место А. Но если мы, бросая камень, толкнем его, то он упадет уже в другое место — А>1, лежащее в стороне от места А. Чем сильнее мы будем толкать камень, тем дальше он будет падать. Буквы А>2, А>3 и А>4 обозначают место падения камня при различных (по силе) толчках камня. При этом мы замечаем, что все траектории падения камня — не прямые линии, а кривые; сначала они идут полого, а затем, по мере приближения к Земле, все круче и круче. Происходит это, как мы уже знаем, потому, что скорость падения камня в полете постепенно возрастает под действием силы тяжести.
Теперь уже нетрудно сообразить, глядя на рисунок 9, что при достаточно большой начальной скорости камня его траектория должна превратиться в окружность, и тогда произойдет то, о чем говорит заголовок этой главы. Камень будет падать и вместе с тем оставаться все время на одном и том же расстоянии от земной поверхности.
Величину начальной скорости, которая превращает траекторию брошенного камня в окружность, можно вычислить, пользуясь законами механики. Она оказывается равной примерно восьми километрам в секунду. Эту скорость обычно называют