Падаючі тіла
У повітрі тіла падають з неоднаковою швидкістю.Тіла великої щільності, як свинець, швидко падають; тіла низької щільності, як пух, падають надзвичайно повільно. Але стисніть пух між пальцями так, щоб утворився маленький куля, і зменшіть свинець до надзвичайно тонкого листа, може статися так, що пух падає швидше, ніж свинець.
У спорожнену від повітря трубу всі тіла, важкі чи легкі, падають з однаковою швидкістю. Якщо в повітрі інакше, причина в цьому полягає в опорі цього газу, опір, який може здатися нам нечутливим, коли ми йдемо повільно, але який стає дуже очевидним, коли нас захоплює пара. Цей опір повітря руху тіл тим більший, що вони представляють йому більшу поверхню; це тим ефективніше, коли тіло при однаковому обсязі містить менше маси. Природа тіла, крім цих двох станів, не впливає на явище. Саме Галілей вперше виявив причину нерівномірного падіння різних тіл. Він виготовив із дуже різних речовин маленькі кульки, однакового розміру, і, згідно з легендою, яка не обов'язково відповідає дійсності, нехай вони падають одночасно з вершини вежі в Пізі. Всі ці кульки потрапляли в землю майже одночасно. Деформуючи їх так, що вони подали в повітря нерівні поверхні, він знову розпочав експеримент; він бачив, як вони часом досягали землі часом далеко один від одного.
Також Галілей був першим, хто визначив закони, згідно з якими відбувається падіння тіл, і, щоб захиститися від загальмуючого впливу повітря, він значно уповільнює швидкість руху, здійснюючи його на похилій площині, замість того, щоб дозволити це відбуватися вертикально. Апарат, яким він користувався, складався просто з шматка дерева, видовбаного в напрямку довжини від напівциліндричної жолоби, яку він нахиляв більш-менш до горизонту і по якій він катав мідну кулю. Таким чином, він виявив, що подорожі простори, відлічені від початкової точки, збільшуються пропорційно квадрату часу, який використовувався для їх подорожі. Гримальді, Річчолі, Ньютон і Дезагульє підтвердили цей закон новими експериментами, але найгеніальніша машина і найзагальніше використана в цьому дослідженні - та, яку в 1782 році уявив Етвуд, професор Кембриджського університету.
Швидкість падіння тіл зростає із збільшенням тривалості цього падіння; він збільшується пропорційно цій тривалості, стаючи подвійним в кінці подвійного часу, оскільки машина Етвуда дає можливість перевірити, видаляючи в певний момент додаткову масу за допомогою кільцевого курсору P '. Ця швидкість дорівнює у вільному падінні 9,809 в кінці першої секунди, 9,809 м × 2 в кінці другої секунди. Після закінчення десяти секунд це становило б 98,09 м, тобто, якщо в кінці цих десяти секунд сила тяжіння раптово перестала діяти на мобільний, останній продовжував би свою дорогу зі своєю швидкістю, що стала постійною і здатною змусити його проїхати 98,09 м за одну секунду.
Машина Етвуда (зліва) та генерала Моріна.
У XIX столітті генерал Морін, директор Консерваторії декоративно-прикладного мистецтва, розробив машину для перевірки тих самих законів, засновану на принципі, з якого він міг чудово користуватися за кількох обставин. Ми даємо тут (праворуч) вигляд профілю. Він складається з вертикального дерев'яного циліндра M, що переміщується навколо своєї осі за допомогою черв'яка, з яким він встановлений у верхньому кінці, і який сітка закріплений зубчастим колесом R, переміщеним вагою P. Маленька котушка з вертикальними ребрами L, мобільний одночасно з циліндром, служить для того, щоб зробити курс останнього рівномірним. Попереду циліндра, в м, знаходиться маса чавуну, утримувана гачком і забезпечена олівцем, кінчик якого м'яко лежить на поверхні циліндра. Коли рух циліндра є регулярним, ми відпускаємо вагу, яка падає вертикально; але, оскільки під час падіння поверхня циліндра рухається горизонтально, олівець малює там криву, перевірка якої веде до перевірки законів, зазначених вище.
Водоспад - це раптовий перехід потоку з одного рівня на інший. Водоспади природні або створені людиною; в останньому випадку їх виробляє дамба, встановлена через русло потоку, річки або річки. Рівень води піднімається вище дамби; його схил слабшає, а отже, і швидкість. І оскільки, коротше кажучи, він повинен пропускати в середньому однакову кількість води за один і той же час, ділянку потоку потрібно збільшувати тим більше, що швидкість його зменшується. Такі самі ефекти відтворюються нижче дамби, знижуючи рівень води в цій точці.
Динамічну силу або потужність водоспаду можна легко розрахувати. Припустимо спочатку, що вода стікає водозливом через дамбу; вода, переходячи таким чином з витоку в течію в долину за течією, впаде з висоти, що дорівнює різниці між двома рівнями води в двох долинах; отже, сила тяжіння на цій воді буде дорівнювати вазі P води, що тече за одну секунду, помноженій на висоту падіння або PH. Візьмемо для прикладу водоспад із дамби, зробленої на невеликому рукаві Сени, під Пон-Ной, у Парижі. Цей рукав під час маловоддя подає близько 100 кубічних метрів або 100 000 кг води в секунду; загальна висота падіння може становити 1,50 м; робота в секунду становила б 150 000 кілограмів, а теоретична потужність падіння 2000 кінських сил, одна кінська сила відповідала 75 кілометрам в секунду. Ця сила зростала б із великою кількістю вод.
Припустимо тепер, що вода замість того, щоб проходити через дамбу, тече по ній за допомогою клапана, встановленого таким чином, щоб пропускати всю воду, яка надходить на жолоб. Відповідно до теореми Торрічеллі, швидкість виходу води з клапана буде дорівнювати V = (2GH ') 1/2, H', що виражає висоту рівня в передній частині над центром клапана. Жива потужність цієї води буде дорівнювати M, будучи масою води та Y її швидкістю. Це обсяг роботи, яку дала йому гравітація восени. Якщо замінити V на його значення, наведене раніше, ми матимемо MV²/2 = Mx 2gH '/ 2 = Mg X H'.
Тепер Mg - маса P води, що проходить; отже, кількість роботи, що виконується водою, яка проходить через клапан, буде PH ', тобто точно така ж, як якщо б вода пройшла над водостоком, щоб впасти з висоти H'. Потрапивши на рівень центру клапана, він продовжує падати до рівня води в нижній течії.