Перельман Я.И. - Занимательная механика (1948) (1015821), страница 9
Текст из файла (страница 9)
18. Коромысло М,Е из тонкой алюминиевой трубки имеет длину около 40 см: к одному концу коромысла прикреплбн золотой груз М, цилиндрической формы весом в 30 г, к другому подвешивается на проволоке ЕМ, золотой подвесок М. также весом Рис. 18. Вверху направо — вариометр. Вверху налево — схема устройства прибора. в 30 г. Коромысло подвешено на весьма тонкой платиново-иридневой нити АО длиной 60 — 70 см. Для защиты от конвенционных токов воздуха крутильные весы окружаются оболочкой с тройными металлическими стенками. В приборе имеются две пары крутильных весов, повернутых на 180' относительно друг друга.
8 — плоское зеркало». — 52— силы тяжести на восточных склонах Урала (выполнено в !930 г. ленинградскими астрономами): «Около Златоуста мы имеем наибольший максимум в силе тяжести, соответствующий подъему кристалличес ского массива Уральского хребта, «Второй максимум к востоку от Козырево характеризует приближение к поверхности земли погружбнного хребта. «Третий максимум к востоку от Мишкино вновь дает указание о приближении древних пород к земной поверхности. ! 'лт« '* 'ь«.
-, Уааб,».. юР-:.;т ' -,Ф:. твтлвч ' Рис. 19. Причина Курской аномалии: шток железной руны мощ ностью около тысячи метров на глубине ста метров. «И, наконец, четвертый максимум к западу от Петропавловска вновь указывает на приближение тяжелых пород». Перед нами два из многочисленных примеров практического применения физики в других, казалось бы, далйких от нее областях. Маятник в воде Задача Вообразите, что маятник стенных часов качается в воде. Чечевица его имеет «обтекаемую» форму, которая сводит почти к нулю сопротивление воды движению чечевицы.
Какова окажется продолжительность качания — 53— такого маятника: больше, чем вне воды, или меньше? Проще говоря: будет ли маятник качаться в воде быстрее, чем в воздухе, или медленнее? Решение Так как маятник качается в малосопротивляющейся среде, то, казалось бы, нет причины, которая могла бы заметно изменить скорость его качания. Между тем опыт показывает, что маятнйк в таких условиях качается медленнее, чем это может быть объяснено сопротивлением среды, Это загадочное на первый взгляд явление объясняется выталкивающим действием воды на погруженные в неб тела. Оно как бы уменьшает вес маятника, не изменяя его массы.
Значит, маятник в воде находится совершенно в таких же условиях, как если бы он был перенесен на другую планету, где ускорение силы тяжести слабее. Из формулы, приведбнной в предыдущей статье, Т=2ч т/ ~ Г е следует, что с уменьшением ускорения силы тяжести К время колебания Т должно возрасти: маятник будет колебаться медленнее. На наклонной плоскости Задача Сосуд с водой стоит на наклонной плоскости (рис.
20). Пока он неподвижен, уровень АВ воды в нем, конечно, горизонтален. Но вот сосуд начинает скользить по хорошо смазанной плоскости СВ. Останется ли уровень воды в сосуде горизонтальным, пока сосуд скользит по плоскости? Решение Опыт показывает, что в сосуде, движущемся без т р е н и я по наклонной плоскости, уровень воды устанавливается параллельно этой плоскости. Объясним почему. Вес Р каждой частицы (рис. 2!) можно представить себе разложенным на две составляющие силы: (~ и ??. Сила )? увлекает частицы воды и сосуда в движение вдоль наклонной плоскости СО; при этом частицы воды будут оказывать на стенки сосуда такое же давление, как и в случае покоя (вследствие равенства скоростей движения сосуда и воды).
Сила же 9 придавливает частицы воды ко дну сосуда. Действие всех отдельных снл О на воду будет такое же, как и действие силы тяжести на частицы всякой покоящейся жидкости: уровень воды установится ""Р Рис. 21. Решение задачи рис. 20. Рнс. 20. Сосуд с водой скользит под уклон. Как расположится уровень воды? — 55— перпендикулярно к направлению силы 13, т. е.
параллельно длине наклонной плоскости. А как установится уровень воды в баке, который (например, вследствие трения) скользит вниз по уклону равномерным движением? Легко видеть, что в таком баке уровень должен стоять не наклонно, а г о р и з о н т а л ь н о. Это следует уже из того, что равномерное движение не может внести в ход механических явлений никаких изменений по сравнению с состоянием покоя (классический принцип относительности). Но следует ли это также из приведенного ранее объяснения? Конечно. Ведь в случае р а в н о и е р н о г о движения сосуда по наклонной плоскости частицы стенок сосуда не получают никакого ускорения; частицы же жидкости в сосуде, находясь под действием силы т?, будут силой )? придавливаться к передней стенке сосуда.
Следовательно, каждая частица воды будет находиться под действием двух прндавливающих сил )? и ь1, равнодей- ствующая которых и есть вес Р частицы, направленный вертикально. Вот почему уровень воды должен в этом случае установиться горизонтально. Только в самом начале движения, когда сосуд, до получения постоянной скорости, еще движется у с к о р е н н о '), уровень воды принимает на короткое время наклонное положение.
Когда «горизонтальная» линия не горизонтальна Если бы в сосуде или в баке, скользящем вниз б е з т р е н и я, находился вместо воды человек с плотничьим уровнем, он наблюдал бы странные явления. Тело его прнн<ималось бы к наклонному дну сосуда совершенно так же, как в случае покоя прижимается к горизонтальному дну (только с меньшей силой). Значит, для такого человека наклонная плоскость дна сосуда становится словно горизонтальной. Соответственно этому, те направления, которые он до начала движения считал горизонтальными, принимают для него наклонное положение. Перед ним была бы необычайная картина: дома, деревья стояли бы косо, поверхность пруда расстилалась бы наклонно, весь ландшафт повернулся бы «набекрень».
Если бы удивленный «пассажир» не поверил своим глазам и приложил ко дну бака уровень, инструмент показал бы ему, что оно горизонтально. Словом, для такого человека «горизонтальное» направление не было бы горизонтально в обычном смысле слова. Надо заметить, что вообще всякий раз, когда мы не сознаем уклонения нашего собственного тела от отвесного положения, мы приписываем наклон окружающим предметам. Лйтчику на вираже и человеку, катающемуся на карусели, кажется, что наклоняется вся окрестность.
Горизонтальный пол может утратить для вас свое горизонтальное положение даже и в том случае, когда вы движетесь не по наклонному, а по строго горизонтальному пути. Это бывает, например, при подходе поезда к ') Надо помнить, что тело не может притти в равномерное движение мгновенно< переходя от покоя к равномерному движению, чело не может миновать состояния у с к о р е н н о г о дви>кения,— состояния хотя бы весьма кратковременного. станции или при отходе от нее, — вообще в таких частях пути, где вагон идат замедле н но или у с коренно. Когда поезд начинает замедлять свой ход, мы можем сделать удивительное наблюдение: нам кажется, что пол понижается в направлении движения поезда, что идбм вниз, когда шагаем вдоль вагона в направлении движения, и всходим вверх, когда идем в обратном направлении. А прн отправлении поезда со станции пол как бы наклоняется в сторону, противоположную движению.
Мы можем устроить опыт, выясняющий причину кажущегося отклонения плоскости пола от горизонтального положения. Для этого достаточно иметь в вагоне чашку с вязкой жидкостью, например глицерином: во время ускорений движения поверхность жидкости принимает наклонное положение. Вам не раз случалось, без сомнения, наблюдать нечто подобное на водосточных жолобах вагонов: когда поезд в дождь подходит к станции, вода из жолобов на вагонных крышах стекает вперед, а при отходе поезда — назад.
Происходит это оттого, что поверхность воды поднимартся у края, противоположного направлению ускорения поезда. Разберемся в причине этих любопытных явлений, причйм будем рассматривать их не с точки зрения покоящегося наблюдателя, находящегося вне вагона, а с точки зрения такого наблюдателя, который, помещаясь внутри вагона, сам участвует в ускоренном движении и, следовательно, относит все наблюдаемые явления к себе, словно считая себя неподвижным. Когда вагон движется ускоренно, а мы считаем себя покоящимися, то напор задней стенки вагона на наше тело (или увлекающее действие сидения) воспринимается нами так, словно мы сами напираем на стенку (или увлекаем сиденье) с равной силой. Мы как бы подвержены действию двух сил: силы )г (рис. 22), направленной противоположно движению вагона, исилы весаР, прижимающей нас к полу.
Равнодействующая 9 изобразит то направление, которое мы в таком состоянии будем считать отвесным. Направление ММ, перпендикулярное к новому отвесу, станет для нас горизонтальным. Следовательно, прежнее горизонтальное направление ОЯ будет казаться поднимающимся в — 57 -- сторону движения поезда и имеющим уклон в обратном направлении (рис. 23).
Что произойдет при таких условиях с жидкостью в тарелке? Ведь новое «горизонтальное» направление не совпадает с первоначальным о уровнем жидкости, а следует л (рис. 24, а) по линии М№ Это наглядно видно на рисунке, где стрелка указывает направление движения вагона.
Картину всех явлений, происходящих в вагоне 1 в момент отправления, легко 1 представить себе, если вообразить, что вагон наклонился соответстй — — — — «т венно новому положению «горилюив«о у„,„„в зонтальной» линии (рис. 24, б). Теперь ясно, почему вода должна Рис. 22. Какие силы дей- вылиться через задний край таствуют на предметы в релки (или дождевого жалоба). вагоне трогаюшегося Вы поймете также, почему стоящие в вагоне люди должны при этом упасть назад (см. заставку этой главы). Этот всем известный факт обычно объясняют тем, что ноги увлекаются полом вагона в движение, в то время как туловище и голова еще находятся в покое.
Рис. 23. Почему пол трогао шегося вагона кажется наклон ныл Рнс. 24. Почему в трогаюшемся вагоне жидкость переливаемся через задний край блюдцау Сходного объяснения придерживался и Галилей, как видно из следующего отрывка: «Пусть сосуд с водою имеет поступательное, но яеравномерное движение, менявшее скорость и то ускоренное, то замедленное. Вот какие будут последствия неравномерности. Вода не вынуждена разделять движения сосуда При уменыпении скорости сосуда она сохраняет приобретенное стремление и притечбт к переднему концу, где и образуется поднятие.
Если, напротив того, скорость сосуда увеличивается, вода сохранит более медленное движение, отстанет и при заднем конце заметно поднимется». Такое объяснение в общем не хуже согласуется с фактами, чем приведбнное ранее. Для науки представляет ценность то объяснение, которое не только согласуется с фактами, но и дабт возможность учитывать их к о л ич е с т в е н н о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
