Ефект Ейнштейна: чому ми стаємо важчими або легшими в ліфті

Ліфти дивним чином впливають на наше відчуття гравітації. У той момент, коли ліфт різко піднімається вгору, ми відчуваємо це ногами. На секунду підлога тисне сильніше звичайного. Коли ліфт сповільнюється, цей тиск слабшає, і ми на мить відчуваємо себе легше. Якщо стати на ваги всередині ліфта, який піднімається вгору, то вони покажуть збільшення ваги. Коли ліфт сповільниться і зупиниться, то цифра на вагах буде нижчою. На шляху вниз відбувається зворотне. То що ж насправді відбувається? Про це пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дивна зміна ваги людини в ліфті

Як пояснюють фізики, у ліфті, який рухається, ми можемо відчувати, що наша вага змінилася лише два рази. Це відбувається, коли ліфт починає рухатися вгору і коли він сповільнюється в самому кінці спуску. Але пояснення залежить від того, що насправді означає "вага" і що може відчувати наше тіло.

Фізик Мігель Моралес із Вашингтонського університету в Сіетлі (США), каже, що у фізиці слово "вага" має різні значення. У фізиці вага може стосуватися щонайменше трьох пов'язаних понять: вашої маси (кількість речовини, з якої ви складаєтеся), сили гравітації, що діє на вас, або сили, з якою ваги під вами тиснуть на вас знизу вгору. Але щойно ліфт починає прискорюватися або сповільнюватися, то виходить три різні результати.

Наша маса ніколи не змінюється, незалежно від того, що робить ліфт. Гравітація поблизу поверхні Землі також залишається практично незмінною між основою і вершиною будівлі. Змінюється третє значення: сила, з якою ваги тиснуть на нас знизу вгору, і саме це вони вимірюють.

Особливість гравітації

Фізик Джейсон Барнс з Університету штату Айдахо (США) каже, що люди не можуть відчути гравітацію. Наприклад, астронавти на Міжнародній космічній станції (МКС) не відчувають гравітацію, хоча вона майже така сама, що й на поверхні Землі.

Це не тому, що гравітація зникає на орбіті. На висоті 400 кілометрів, де розташована МКС, гравітаційне тяжіння Землі становить приблизно 90% від нормальної гравітації біля поверхні нашої планети. Різниця в тому, що астронавти і космічна станція перебувають у безперервному вільному падінні на Землю.

МКС рухається зі швидкістю 27 300 км/год і в міру вільного падіння Земля викривляється під нею. Замість того щоб впасти вниз МКС цього не робить і постійно обертається навколо нашої планети.

Оскільки астронавти і космічна станція падають разом з однаковою швидкістю, підлога ніколи не чинить на них тиску знизу вгору. І саме цей тиск знизу вгору ми відчуваємо як вагу.

На Землі поверхня постійно перешкоджає падінню, чинячи на нас тиск знизу вгору. На орбіті такого тиску немає. Астронавти, як і раніше, перебувають під впливом гравітації, але ніщо не заважає їм падати. Без тиску підлоги від низу до верху вони відчувають себе невагомими.

Чому ліфти змушують нас почуватися важчими або легшими?

Ліфт на короткий час змінює силу тиску підлоги на нас. Коли ліфт починає підніматися, він повинен також прискорювати нас угору. Тиск підлоги зростає під час підйому, і ми почуваємося важчими, ніж зазвичай, каже Барнс.

У звичайному ліфті додаткове прискорення може становити приблизно 1 метр на секунду в квадраті. Це приблизно одна десята частина земної гравітації. Тож людина, яка важить 68 кілограмів, на короткий час стане важити 75 кілограмів, тобто додасть 10% у вазі.

"Сила гравітації зовсім не змінилася. Але тепер, щоб ви прискорювалися, щось має штовхати вас сильніше, ніж гравітація. І тому ваша вага на вагах збільшиться", — каже Моралес.

Щойно ліфт досягає постійної швидкості, прискорення припиняється. Гравітація і висхідна сила знову врівноважуються, і ваги повертаються до своїх нормальних показань, хоча ви все ще рухаєтеся. У верхній точці, коли ліфт сповільнюється і зупиняється, відбувається зворотне. Хоча ви все ще рухаєтеся вгору, ліфт повинен трохи прискоритися вниз, щоб уповільнити вас.

Сила гравітації не змінилася. Але оскільки ліфт тепер прискорюється вниз, підлозі не потрібно так сильно тиснути вгору, щоб контролювати ваш рух. За меншого тиску вгору показання ваг знижуються. У цьому разі ви відчуваєте, що стали легшими, каже Моралес.

Коли ліфт прискорюється вниз, ви почуваєтеся легше, тому що підлога чинить менший тиск знизу вгору, ніж зазвичай. Але в міру наближення до нижньої точки і уповільнення ліфта до повної зупинки прискорення знову різко зростає, і ви знову почуваєтеся важче.

Ефект Ейнштейна

Цей повсякденний досвід пов'язаний з однією з найважливіших ідей сучасної фізики. За словами Барнса, це ефект, який Альберт Ейнштейн уперше помітив, коли розробляв загальну теорію відносності. Це відкриття, відоме як принцип еквівалентності, допомогло Ейнштейну зрозуміти, що гравітація не є силою, а це наслідок прискорення і викривлення самого простору-часу.

Як уже писав Фокус, нещодавнє відкриття, яке стосується темної енергії, вказує на те, що у Всесвіті існують інші виміри, про які ми не знаємо.

Також Фокус писав про те, що телескопи NASA допомагають почути, як звучать планети Юпітер, Сатурн і Уран.