Перельман Я.И. - Занимательная механика (1937) (1015819), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Лучшее соотношение мощности и веса мы имеем в современном 2 ООО-сильном пар1ааозе, весящем 1 00 тонн, А в электровозе, мощностью 4500 сил, при весе 120 тонн, мы имеем уже одну паровую лошадь на 27 ю веса. Огромный прогресс в этом отношении представляют авиационные двигатели. Дзигатель:в 550 сил иесит всего 500 к~: здесь одна паровая лошадь приходится, круглым счетом,,на 1 ке '.Веса 1., На рис. 57 эти соотношения представлены наглядным образом: зачерненная часть контура лошади показывает, на какой вес приходится 1 паровая лошадь в соответствующем механическом двигателе.
Еще красноречивее рис. 58: здесь маленькая и боль- ~ В некоторых современных авиамоторах вес спускается до М кь иа 1 пар„лощадь и даже еще ниже. шая лошадь изображают, какой ничтожный вес стальных мускулов соперничает с огромной массой мышц живых. Наконец рис. 59 дает наглядное представление об абсолютной мошности небольшого авиационного двигателя: 162 паровых лошади при объеме цилиндра всего 2 л. Последнее слово в этом состязании еще не сказано Рис. 59. Авиамотор с цилиндром емкостью 2 л обладает мощностью 162 лошадей, современной техникой '. Мы не извлекаем из топлива всей той механической энергии, жотдрая в него вложена.
Уясним себе, какой запас работы скрывает и себе одна калория теплоты, — количество, затрачиваемое для нагревания литра воды на 1 градус. Превращенная в мехаяическую энергию полностью — на 1 ОО% — она достааила бы нам 427 кгм,работы, т. е. могла бы„например, поднять груз в 427 ю ~на высоту одного метра (рис. 6О). Полезное же действие современных тепловых двигателей исчисляется только 1 Π— 30%: из каждой калории, пылающей в топке, они извлекают около сотни килограммометров, вместо теоретических 427.
Какой же из всех источников механической энергии, созданных человеческой изобретательностью, является самым могуществеяным ~ Огнестрельное оружие. 1 В данный момент первенство должно быть признано за бензи- ново-кислородным ракетным двигателем, изгот4Ьленным в Берлине ,инженерами германского сСоюза звездоплавания»: при весе 250 а мотор развивает 1 380 инд. пар. лошадей, т. е, 1 пар.
лошадь на 5.5 а. ("овременное ружье при весе около 4 ю (из ка'горых на действующие части оружия приходится примерно лишь половина) развивает при выстреле 400 юм работы. Это кажется неособенно значительным, но не забудем, что пуля находится под действием пороховых газов только тот ничтожный промежуток времени, пока она скользит по Рис. 60. Калория, превращенная в механическую работу, может поднять 427 ю иа1 м. каналу ружья, — т. е. примерно 800-ю долю секунды. Так как мощность двигателей измеряется количеством работы, выполняемои -в 1 сек., то, огнеся работу поро1ховых газов к полной секунде, получим для мощности ружейного выстрела огромное число 400 М 800 = 320 ООО кхм в секунду, или 4 300 пар.
лошадей. Наконец, разделив эту мощность на вес действующих частей ружейной конструк- ции (2 ка)'„узнаем, что одна паровая лошадь приходится здесь на ничтожный вес механизма — в полграмма1 Представьте себе миниатюрную лошадь в полграмма весом: этот пигмей, размером с жука, соперничает в мощности с настоящей лошадью'. Если же брать не относительные числа, а поставить рнс. б1. Энергия снаряда крепостного орудия достаточна для под- нятия 75 тонн на верхушку самой высокой пирамиды. вопрос об абсолютной мощности, то все рекорды побивает артиллерийское орудие. Американская пушка бросает ядра в 900 ю со скоростью 500 л~/сек, развивая в 100-ю долю секунды около 11 миллио1нов килограммометров работы.
Рис. 61 дает наглядное представление об этой чудовищной работе: она равнозначаща работе поднятия груза в 75 тонн (75-тонного паровоза) на вершину пирамиды Хеопса ( 1 45 м~. Работа э га:развивается в 0,01 долю секунды; следовательно„мы имеем здесь дело с секундной мощностью в 3100 миллионов к~м или с 15 миллионами паровых лошадей.
Стэлько живых лошадей с трудом наберется во всем СССР~ У=0,05 на=50 м Итак, порция товара весом всего 10 и падая на чашку, давят силой 50 ь Покупатель обвешен на 40 м — хотя покидает прилавок в уверенностн, что товар отпущен правильным весом. здддчд дристоткля За два тысячелетия до того, как Галилей (в 1630 г.) заложил основы механики, Аржтотель написал свои «Механические проблемы». В числе 36 вопросов, рас» смотренных в этом сочинении, имеется'следующий: «Почему, если к дереву приложить топор, обремененный тяжелым грузом, то дерево будет повреждено весьма незначительно; но если поднять топор без груза н ударять по дереву, то оно расколется? Между тем падающий груз в этом случае гораздо меньше давящего».
Задачн этой Аристотель, при смутных механических представлениях его времени, разрешить не мог. Не справятся с ней, пожалуй, и иные из моих читателей. Рассмотрим поэтому поближе задачу греческого мыслителя. Какой кинетической энергией обладает топор в момент удара в дерезой Во-первьш, той, которая была накоплена нн при подьеме, когда человек взмахивал топором; н, во-вторых — той энергией, которую топор приобрел при ннсходящем движении. Пусть он весит 2 кг н поднят на высоту 2 м; прн подъеме в нем накоплено 2 Х 2 =4 к»в энергии.
Нисходящее дня»кение происходит под действием двух сил: тяжести н мускульного усилия рук. Если бы топор опускался только под действием своего веса, он обладал бы к концу падения кинетической энергией, равной накопленному при поАеме запасу„ т. е. 4 ккш Сила рук ускоряет движение тонара вниз н сообщает еглу добавочную кинетическую энергию; еслн уоилие рук прн движении вверх и вниз оставалось одинаковым, то добавочная энергия при опускании равна накопленной при подъеме, т. е.
4 кгм. Итак, и мометгг удара о дерево топор обладает 8 кгм ввергни. Далее, достигнув дерева, топор в него всвзается. Как глубоко? Допустим, на 1 см. На коротком пути в 0,01 и скорость топора озодится,к пулю, и, следовательно, весь запас его кинетической знергии расходуется полностью. Зная зто, нетрудно вычислить силу давления топора на дерево. Обозначив ее через г', имеем уравнение ?'.н, 0,01 = — 8, откуда сила ге' =800 кг.
Это значит, что топор .вдвигается в дерево с силой '800 кг. Что же удивительного, что столь внушительный, хотя и невидимый груз раскалывает дерево? Так решается задача Аристотеля. Но она ставит нам новую задачу: человек не может расколоть дерева непосредственной силой своих мышц; как же может ои сообшить топору силу, которой не обладает сам? Часть разгадки кроется в том, что готтор есть клин, — машина, преобразующая малую силу на длинном пути в большую силу на коротком пути. Главная же причина та, что знергия, накопленная на пути,в 4 и, расходуется на протяжении 1 см.
Топор представляет собой темагпину» даже и в том случае, когда им ие пользуютея как алином (гтузнечный молот) . Рассмотренные соотношения делают понятным, по-. чему для замены действия молота требуются столь сильные прессы; например, молоту в 150 г соответствует пресс в 5000 г, молоту н 20 г — пресс и 600 г и т. п. Дейстнгте сабли объясняется теми же причинами. Конечно, большое значение имеет то, что действие онлы 145 10 Ван. асг, — Занннатененан нет ника приходит в движение, которос тотчпи н.е прекрашается, так как соседние вещи ему мешают. Энергия движения заграчнваегсэ тогда на проггбаспм сгалкивающихся пред. метов. которое эл жстую оканчивается их разрушением.
Так квк путь, на котором расходуется прн з».гом знер. гня, очень мал, то надавлнвающая сила должна быть весьма велика, чтобы произведение ее на путь ~ г ' ), составило величину расходуемой энергии. Теперь понятно действие мя1кой прокладки: она уд »сияет путь ~,ч) действия силы и, следовательно, уменьшает зеле»чину надавливающей силы ~!'). Без прокладки пу»ь этот очень короток: стекло или яичная скорлупа могут вдавливаться, не разрушаясь, лишь на ничтожпу:о величину, измеряемую десятыми долями миллиметра. Слой соломы, стружек или бумаги между примьгкающимн дру» к другу частямн упакованных предме»ов удлиняет путь действия силы е десятки раз, ьо пголько же раз уменьшая ее величину.
В ятом — втооая н главная причина предохраняющего действия мягков прокладки между хрупкимн предметвмм. ЧЬЯ ЗЯЕРГИйг Западни, изображенньк на рнс. 64 и 65, устраиваю»ся неграми Восточнои Африки. Залезая протянутую у земли бечевку, слон обру»п»»пает на свою спину тяжелый обрубок дерева с острыи гарпуном. Больше изобретательности вложено в западню р»ю. 66: животное, задевшее шнур, спускает стрелу. котора»» в»шзается в жертву. Откуда берется здесь энергия, поражающая животное, понятно: ото — преобразованная энергия того человека, который поставил ванадии.
Падающий с высот»я обрубок возвращает работу, которая была затрачена человеком прн поднятии итого груза на высоту. Стреляющий лук второй 10 западни также воз- вращает энергию, израсходованную охотником, который натянул тетиву. В обоих случаях животное го лько освобождает «заряд» энергии„ накопленный в потен- циа льном состоянии. Чтобы действовать после этого Опять, западни нуждаются в новом заряде. , .Иначе обстоит дело в той западне, о .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
