Математика для гуманитариев. Живые лекции

А.С.: Будет примерно 10 или 15 метров[21]. Давайте еще что-нибудь пощупаем. Джомолунгма, какая высота?

Слушатель: 8848 метров.

А.С.: Да. 8848. Округлим до 9 километров.

h = 9, L = 300.

Заметьте, что вершина Джомолунгмы — это то, на какой высоте летит самолет, поэтому с самолета вы видите примерно на 300-350 километров. Если лететь из Петербурга в Москву, то, чисто теоретически, пролетая Бологое, можно увидеть и Москву, и Санкт-Петербург, правда, для этого самолет должен развернуться. Но если кто-то говорит, что он видел Ташкент, летя из Москвы в Питер, он вас обманывает.

Когда вы летите на «гагаринской высоте», на высоте 100 км, соответственно, вы видите на 1000 километров. С 40-метровой вышки видно на 20 километров. Что, конечно, довольно много.

А вышка в 10 метров даст обзор на 10 километров во все стороны. Вышка уменьшилась в 4 раза, а обзор в 2. Если увеличить вышку в 9 раз, обзор увеличится в 3 раза. Обратите внимание, не линейная зависимость, а корневая.

Переходим к Алисе.

Это — пример того, как не работает наша интуиция. Вот она иногда работает, а иногда… Сейчас я вам расскажу чисто физическую вещь. Итак, давайте сделаем следующее.

Рис. 91. Алиса начинает падать в шахту. Но не волнуйтесь, она не погибнет. Шахта ровная, проходит всю Землю насквозь. Земля не раскаленная внутри, а саму Алису можно считать материальной точкой массы 40 кг. Ее уже ждут на той стороне американские ребята! А от ее массы в этой задаче вообще ничего не зависит.

Что происходит? Алиса падает (рис. 91). У нее меняется скорость. С какой скоростью меняется ее скорость? То есть какое у Алисы ускорение? Оно в первые моменты равно ускорению свободного падения g; оно, грубо говоря, такое: g ≈ 10 м/с² (точнее, 9,81).

То есть за одну секунду полета падающий человек увеличивает скорость на 10 м/с каждую секунду.

Слушатель: А у нее юбки парусят, это никак не влияет?

А.С.: Влияет. Поэтому пусть не парусят.

Слушатель: В вакууме…

А.С.: Да, это вакуумная Алиса. Потому что если есть сопротивление воздуха, то на некоторой скорости прекращается всякий рост скорости (например, для парашютиста, падающего без парашюта, скорость быстро стабилизируется на значении примерно 50 м/с). Вот. Поэтому пусть у нашей Алисы не парусят. И вообще… она ведь бросилась в шахту вниз головой, чтобы удобнее было вылетать из нее на другой стороне Земли.

Рис. 92. А если отважная Алиса летит не сквозь Землю, а сквозь Юпитер? У него радиус в 11,2 раза больше земного. И она уже пролетела до глубины в 2,2 земных радиуса. Тогда всю массу Юпитера можно поделить на две части: внутренний шар радиуса 9 (земных радиусов) и наружный шаровой слой толщины в 2,2 (земных радиуса). Точный математический подсчет показывает, что суммарная сила, с которой шаровой слой притягивает к себе летящую Алису (да вы мне всё равно ведь не поверите!..) РАВНА НУЛЮ. А внутренний шар, через который Алисе осталось пролететь, притягивает ее к себе так же, как притягивала бы её к себе точка, равная массе этого шара и находящаяся в центре шара.

Но есть одна важная физическая тонкость. Проблема в том, что когда вы начинаете падать в такого рода «колодец», у вас g начинает меняться. Ускорение свободного падения тем меньше, чем ближе вы к центру. В центре ваша скорость не меняется вообще, ибо там силы тяготения в сумме дают нулевой вектор. Есть такой физический закон, который утверждает, что ускорение свободного падения пропорционально расстоянию до центра планеты, если плотность планеты постоянна. (То есть если осталось пролететь долю «x» от поверхности до центра, то ускорение свободного падения будет равно gх. При х = 1 будет просто g, при х = 0,1 будет g/10.)

Пояснение и лирическое отступление «о футболе на Луне». Например, радиус Юпитера в 11,2 раза больше радиуса Земли (рис. 92). Ускорение свободного падения на Юпитере в 2,52 раза больше, чем на Земле (оно, кроме радиуса, зависит и от массы планеты). Радиус же Луны меньше радиуса Земли в 3,67 раза, и на ней в 6,05 раза меньше ускорение свободного падения. Я представил себе лунный футбол, это, должно быть, совершенно замечательно. Огромные ворота высотой 12 метров и шириной 40 метров, и в них медленно летающий вратарь. Но бьют-то по мячу с той же силой. Должно быть, очень занятно. Я не знаю, может быть, в будущем когда-нибудь будет лунный футбол.

У нас ускорение получается такое: а = −gх, и надо пояснить, что означает знак «минус».