Дно, гравитация и молекулы

lex_kravetski — 29.01.2020 Я, кстати, поразмыслил над эффектом в предыдущей заметке, заключающемся в том, что заметное количество людей вошло в ступор на фразе про изменяющееся гравитационное поле.

На сто процентов не уверен, пока ещё, но один из комментариев меня навёл на гипотезу, которая кажется мне весьма вероятной.

Видимо, часть людей во фразе «из-за того, что гравитационное поле убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от центра масс», интуитивно делает ударение на «квадрат расстояния». Причём ударение столь сильное, что при этом для них теряется ключевая часть данной фразы «от центра масс».

Далее, когда речь — в статье и в комментах — снова заходит о переменности гравитационного поля, «квадрата расстояния» уже не фигурирует, но, то ли первая встреча с данной фразой оказалась слишком запоминающейся (маловероятно), то ли в голове с самого начала присутствует определённая картинка, которая мешает пониманию того, о чём идёт речь.

Опять же, повторюсь, на сто процентов не уверен, но есть серьёзные подозрения, что, представляя себе ситуацию, люди мысленно рисуют что-то типа такого.



Зелёненькая и оранжевенькая тут — молекулы, а синий градиент показывает, как меняется сила тяжести по своей величине.

Допускаю, что к этой картинке кто-то ещё добавляет незримый «пол», но с ним или без него, совершенно не ясно, с чего бы плотности и, как следствие, давлению на разных «высотах» отличаться.

Более того, если в такой системе «отпустить молекулы», которые изначально как бы «придерживаются пальцем», то оранжевая молекула рванёт вниз быстрее зелёной — ввиду того, что на неё действует большее ускорение. И зелёная её вообще никогда не догонит.

С такой картинкой, вообще говоря, плотность, наоборот, должна падать сверху вниз, а не расти. А тут людям вдруг говорят, что плотность таки растёт.

Почему я думаю, что такая картинка — вероятная? Потому что по моим воспоминаниям в школе все эти процессы с выталкиванием и т.п. иллюстрируют именно такими картинками: плоское дно и сила тяжести, которая везде направлена вниз.

То есть, скорее всего, сие проистекает из какой-то неправильной школьной методики во время преподавания этой темы.

Ну да ладно. Причины — отдельный вопрос, однако если в голове только такая картинка, то вообразить данную ситуацию «без дна» вообще невозможно. Более того, без дна даже если сила не растёт сверху вниз, а остаётся постоянной, зелёная молекула всё равно никогда не догонит оранжевую. То есть решительно непонятно, как тут вообще что-то с чем-то может взаимодействовать и как-то сложиться переменная плотность среды, поэтому отчаявшийся найти тут логику мозг на всякий случай начинает мыслить себе «столб воды», как столб бетона или, если угодно, как стопку монет, с которыми всё понятно: они друг на друга давят, а потому все вместе давят на дно. Причём оно так, даже если дна нет — судя по комментариям.

Каким образом при этом «монеты» вдруг начинают толкать что-то вверх, разумеется, тоже неясно. Но, видимо, такова мистическая сила воды — вот так с ней всё странно происходит.

Однако на самом деле-то имеется в виду совершенно иная картинка.

Вот такая:



Атмосфера у Земли ведь совсем даже не «плоская». Цвет тут по-прежнему определяет величину силы, однако теперь у неё ещё и есть направление — каждый раз к центру картинки. Сила тяжести ведь направлена в буквальном смысле к «центру масс», а не в некий универсальный «низ».

По такой картинке уже понятно, что даже безо всякого дна, оранжевая молекула, долетев до окрестностей центра масс и проскочив его, будет тянуться силой тяжести уже в другую сторону — которую можно условно назвать «противоположной», поэтому шансы на встречу с зелёной молекулой у неё теперь есть. Молекулы тут не улетают в бесконечность, а собираются в некоторое «облако», плотность которого убывает от центра к краям, поскольку молекулы тем сильнее расталкивают друг друга, чем больше их плотность, а потому силе тяжести, тянущая каждую из них к центру, противостоит «виртуальная сила», вызванная тем, что для каждой молекулы оказывается вероятнее, что её ударят по направлению от центра, чем к центру — ведь ближе к центру больше плотность.

Тут, опять же, не особо важно, как квадрат убывает сила тяжести, как первая степень или вообще меняется только направление, а величина — нет: тут главное то, что есть некоторое место, при нахождении с разных сторон от которого тянуть тоже будет в разные стороны, но каждый раз к этому месту.

Наличие такого места как раз и позволяет сделать систему с архимедовой силой, но без дна.

Впрочем, можно себе это представлять, будто тут вся «школьная картинка» изогнута в окружность, а дно на ней при данной операции стало точкой, если вам так будет легче (в чём я сильно сомневаюсь).

Отдельно следует отметить, что если вы попытаетесь изобразить данную картинку с «однотонной заливкой» — то есть с везде равной по величине силой тяжести и без стрелок, указывающих направление этой силы, то и это тоже может ввести вас в заблуждение: сила — векторная величина, а равенство длин векторов не означает равенства самих векторов.

Ещё в комментах встречалось соображение, что «можно рассмотреть маленький фрагмент всей планеты, где плывёт кораблик или летает воздушный шар, а на таком приближении градиент не виден».

О да, конечно, можно. Только это будет задача не о физике процесса, а о последствиях оной. Типа, «неизвестным и, возможно даже, магическим образом так сложилось, что в этом месте имеет место градиент плотности среды, — не спрашивайте, почему». Или даже, чего там, «магическим образом действует выталкивающая сила, равная именно тому, что пишется в простейшей формуле для этой силы».

Кто-то может подумать, про всё это, что «оно же просто такое упрощение — для школьников, — ничего страшного», однако, как теперь уже можно заподозрить, такое «упрощение» может повлечь за собой серьёзные последствия и привести к совершенно превратному пониманию процесса.



doc-файл

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив