Измерения и меры

Как и волны, наблюдаемые, например, на поверхности воды, электромагнитные волны бывают разной длины (рис. 24). В зависимости от этого они обладают различными свойствами. Электромагнитные волны длиной от тысяч метров до нескольких миллиметров — это радиоволны, применяемые в радиовещании, связи, телевидении, радиолокации. Они возникают в пространстве вокруг провода, по которому течёт переменный электрический ток (направление и сила такого тока всё время изменяются; он как бы непрестанно колеблется). Чем быстрее «колеблется» электрический ток (то есть чем выше частота его колебаний), тем короче длина радиоволны, им порождаемой.

Электромагнитные волны длиной приблизительно от 0,4 до 0,7 микрона мы воспринимаем как свет. Волны длиной 0,7 микрона — это лучи красного цвета; 0,6 — жёлтого; 0,5 — зелёного; 0,4 — фиолетового[4].

Ещё в 1829 году французский учёный Бабинэ предложил световую волну в качестве нового «природного» эталона метра. Но его идея получила признание только в конце прошлого века. Её осуществлению препятствовало отсутствие таких источников света, спектры которых содержали бы лучи со строго определённой, резко выраженной длиной волны. Подобный источник был найден американским физиком Майкельсоном.

Это раскалённые пары кадмия (кадмий — металл, в некоторых отношениях похожий на цинк). Спектр световых лучей, испускаемых раскалёнными парами кадмия, состоит из четырёх узких цветных линий, разделённых тёмными промежутками (рис. 25).

Рис. 24. Длина волны.

Учёным удалось чрезвычайно точно измерить длины световых волн каждой из этих линий. Например, длина волны красной линии при температуре 20 °C оказалась равной 0,64385033 микрона. Следовательно, в одном метре содержится 1553153,51 волн такой длины. Многие повторные измерения подтвердили правильность этого результата.

Рис. 25. Спектр световых лучей, испускаемых раскалёнными парами кадмия.

Правда, новый «природный» эталон ещё не получил прав гражданства. Учёные не пришли к окончательному выводу, какую же световую линию использовать для такого эталона. Дело в том, что около десяти лет назад были найдены линии, более узкие и чёткие, чем красная линия кадмия. Это зелёная линия паров ртути и жёлто-зелёная линия газа криптона. Считают, что применение этих линий взамен красной линии кадмия повысит точность измерений в 2–3 раза. Но какой из них отдать предпочтение, ещё не решено.

Переход к световому эталону метра — дело ближайшего будущего. И тогда можно будет с полным правом утверждать, что метр — единица «неизменная и в любое время восстанавливаемая».

ЕЩЁ РАЗ О КИЛОГРАММЕ

Как уже упоминалось, Международная метрическая комиссия признала килограмм единицей веса. Но давайте вспомним, что же такое вес.

Обычно считается, что если, например, вес гири равен одному килограмму, то она везде будет весить именно столько, ни больше, ни меньше. Такое представление, однако, ошибочно. Чтобы убедиться в этом, нужно знать, за счёт чего возникает вес. Если приподнять над землёй какой-нибудь предмет и затем отпустить его, то он неизбежно упадёт. Какая же сила заставляет тела падать? Эта сила — притяжение Земли.

Притягивают друг друга и все остальные тела на Земле, но притяжение это настолько ничтожно, что мы его попросту не замечаем.

А задумывались ли вы над тем, почему Земля неотступно вращается вокруг Солнца, Луна вокруг Земли и т. д.? Раскрутите камень на верёвочке, а после разожмите руку — камень улетит прочь. То же случилось бы и с Землёй, если бы её не удерживала своего рода «верёвочка» — притяжение Солнца.

Небесные тела движутся по строго определённым путям, словно поезда по рельсам. Это результат взаимного притяжения светил.

Таким образом, притяжение тел — всеобщий закон природы. Он был открыт Ньютоном и получил название закона всемирного тяготения. Притяжение Земли — одно из проявлений этого закона.

Сила, с которой тело притягивается к Земле, и называется его весом. Эта сила всегда направлена к центру Земли. Она тем больше, чем больше масса тела (то есть чем больше тело содержит вещества) и чем меньше расстояние от этого тела до центра земного шара (рис. 26). По мере удаления от центра Земли сила тяжести уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Например, когда расстояние возрастает в два раза, вес уменьшается в четыре.

Если бы Земля имела форму совершенно правильного шара, то все точки её поверхности были бы одинаково удалены от центра. Однако земной шар несколько сплюснут у полюсов[5]. Поэтому на полюсах тела притягиваются к Земле сильнее, чем на экваторе. А это означает, что одно и то же тело в различных местах земной поверхности имеет разный вес.

Ещё сильнее изменился бы вес тела, если бы оно перенеслось с Земли на другую планету. Так, на Луне человек весил бы немногим более десяти килограммов: Луна менее массивна, чем Земля, и поэтому её притяжение слабее.

Выходит, вес — величина не такая уж определённая. В зависимости от условий она может изменяться, а иногда и вовсе исчезать.