Измерения и меры

Вес тела в пустоте принято называть истинным.

Вернёмся теперь к ответу на наш вопрос. Пусть истинный вес свинцового груза 1 килограмм. Положим этот груз на одну чашку рычажных весов. На другую поместим кипу пуха, истинный вес которой также равен 1 килограмму. Уравновесятся ли чашки весов, если взвешивание производится, как обычно, в воздухе? Оказывается, нет!

Ведь объём свинцового груза очень мал, а объём кипы пуха велик. Кипа вытесняет много воздуха, поэтому она, согласно закону Архимеда, становится заметно легче. Свинцовый же груз весит в воздухе почти столько же, сколько и в пустоте. Разница в весе заставляет чашку со свинцом опуститься, а с пухом — подняться (рис. 28).

Вот и выходит, что килограмм свинца может оказаться «тяжелее», чем килограмм пуха! Конечно, говоря о «килограмме» свинца и «килограмме» пуха, надо помнить, что имеются в виду истинные веса этих тел, а не веса в воздухе.

Рис. 28. Что тяжелее — килограмм свинца или килограмм пуха?

«КОТОРЫЙ ЧАС?»

До сих пор мы говорили главным образом об измерении длины и веса. Между тем существует ещё ряд величин, измерение которых столь же необходимо для человека. Одна из них — время.

В нашей жизни очень многое делается по часам. К определённому часу мы идём на работу, в определённое время отправляются и прибывают поезда, начинаются спектакли, лекции, собрания. Поэтому мы часто спрашиваем: «который час?». Но всегда ли наши часы показывают точное время?

Мы знаем из опыта, что часы за сутки могут уйти вперёд или отстать на несколько секунд, а то и минут. А за несколько месяцев ошибка в их показаниях достигнет часа и даже больше. Доверившись таким часам, мы наверняка опоздаем на поезд, на работу. Чтобы этого не случилось, часы проверяют по сигналам точного времени, которые передаются по радио четыре раза в сутки.

Как же узнают точное время? Как добиваются того, чтобы показания часов всегда были одинаковыми?

Издавна за единицу времени принимают сутки. В течение суток земной шар делает один оборот вокруг своей оси. Земля — это как бы огромная часовая стрелка, указывающая самое точное время.

Но как пользоваться такими часами? Ведь мы не чувствуем, что Земля вращается. Так, пассажир, сидящий в каюте спиной к окну, обычно не чувствует движения парохода. Однако стоит ему взглянуть в окно, и станет ясно, что пароход движется. Так же можно обнаружить и вращение земного шара. Понаблюдайте за звёздным небом — звёзды не стоят на месте. Нам кажется, что небосвод или, как говорят астрономы, небесная сфера вместе со звёздами вращается вокруг невидимой оси. В действительности же, как мы знаем, вращаются не звёзды, а сама Земля. Так и пассажиру, смотрящему в окно каюты парохода, тоже кажется, что движется не пароход, а берег — медленно уплывают назад пристани, мосты, огни прибрежных селений.

Земля вращается равномерно, поэтому равномерно «движутся» и звёзды. В определённый момент времени каждая звезда проходит через определённую точку неба.

В специальную зрительную трубу наблюдают за какой-либо звездой и в тот момент, когда звезда проходит через избранную точку, пускают часы. Так судья на спортивных соревнованиях «засекает» момент, когда бегун касается ленточки финиша. А поскольку момент, в который должна «финишировать» звезда, вычислен заранее, то, засекая его на часах, тем самым находят точное время.

Но наблюдать за звёздами можно только по ночам, да и то лишь в ясную погоду. А как быть в промежутках между этими наблюдениями? Ведь современная наука предъявляет очень высокие требования к точности определения времени. Во многих случаях, например в геодезии [6]) и кораблевождении, необходимо знать время с ошибкой не более чем в сотую, а иногда и тысячную долго секунды. Значит, необходимы очень точные часы, которые в промежутках между астрономическими наблюдениями показывали бы время с ничтожной погрешностью.

От чего же зависит точность часов? Почему одни часы точнее других?

Взгляните на стенные часы, ну хотя бы на обычные ходики. Прежде всего вам бросится в глаза качающийся маятник. Это очень важная часть часового механизма — она управляет ходом часов. Маятник особым образом связан со стрелками часов: при каждом его качании стрелки передвигаются на определённую часть окружности циферблата.

Движение маятника поддерживается пружиной или гирями. Заводя пружину или поднимая гирю, мы затрачиваем определённую энергию. Но энергия эта не пропадает даром — она накапливается пружиной. Заведённая пружина медленно раскручивается, а поднятая гиря опускается. При этом запасённая ими энергия передаётся маятнику и раскачивает его, не давая остановиться.

Отведите в сторону маятник незаведённых часов и отпустите его. Размах колебаний будет понемногу уменьшаться — энергия, которую мы первоначально передали маятнику, расходуется на трение в точке подвеса и на сопротивление окружающего воздуха. Но сосчитайте, сколько колебаний делает маятник, скажем, за четверть минуты. Легко убедиться, что число колебаний остаётся почти неизменным даже тогда, когда размахи маятника заметно уменьшатся.