Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Наибольшая дальность полета тела, брошенного в пустоте,- досппается, как известно из механики, в том случае, когда тело брошено под углом 45' к горизонту; дальность определяется тогда формулой г/, где и — начальная скорость, 8 — ускорение силы тяжести. В нашем случае в=900 м/с, 8 ее 10 м/сг. Подставляя зти значения и и я, получаем: А=9002/10=81000 м=81 км. Причина такого сильного влиякшя воздуха на полет пули кроется в том, что величина сопротивления среды ~Ф шве павара гвкм — -к --Ввкн ". Рнс. е9.
Как влняез воздух на полез. пули: вместо ХО км пуля залетает только на 4 км (в. 90!. !!О ','кис. 90. Как влияе1 воза)х на палач мяча: вмесчо параболы (ппрнхоаая линия) он летн» по баллисхической кривой )спаокчная линия) )в. 90). ;: ' растет пропорционально не первой, а второй (и даже несколько выше второй) степени скорости.
Вот по:-' чему полету мяча, который получает от руки человека обычно скорость всего около 20 м)с, воздух оказывает ",.' ' до то~ о ничтожное сопротивление, что практически им можно вовсе пренебречь„применяя к движению брошенного мяча формулы механики без всяких оговорок (рис. 90). В пустоте мяч, брошенный пол углом к горизонту в 45 со скоростью 20 м,)с, упал бы на расстоянии 40 м оэ бросающего (20х:10), и примерно такова же даль)юсэь его полета в реальных условиях. Преподаватели механики хорошо бы сделали, если бы в качестве материала лля численных упражнений .:, " пользовались не столько движением пуль и артиллерийских снарядов, сколько полетом брошенного мяча: :„'. ' результаты будут гораздо ближе отвечать реальной ::, действительности, чем те в сущности фантастические :"" числа, к которым приводит игнорирование сопротивления воздуха при лвижении пуль и снарядов.
:-; 91 Учебники и даже большие курсы физики не 1 а уделяют внимания этому просгому вопросу, естественно возникающему в уме учащегося и способному породить недоумение. Между тем вопрос допускает совершенно элемегпарное рассмотрение Как бы молекула ни двигалась вниз, вверх, в сторону или в косом направлении, -- это «тепловое» ее движение складывается с от весным падением пол ))! действием силн тяжести.
На вес газа могут влиять только такие отвесные слагающие; все прочие, чисто нтепловые» скорости обусловливают равное давление газовых молекул на стенки сосуда и не сообщают ему поступательного движения. Поскольку скорости эти никакого влияния на вес газа иметь не могут, мы вправе, рассматривая нашу задачу, отвлечься от пих. считать нх как бы несуществующими. Что же тогда у нас останется? Дождь молекул, пада- ющих отвесно вниз, подскакивающих после улара о дно и обменивающихся своими скоростями при взаимных столкновениях*'.
Обмен скоростями равнозначен лрохож- дению, при взаимной встрече, одной молекулы сквозь другую. Мы можем считать поэтому, что все молекулы беспрепятственно достигают дна сосуда. В этой упрощенной картине гораздо легче разобраться. Проследим за какой-нибудь одной молекулой, До- стигнув дна, она отражается от него с такою же скоростью и поднимается на ту высоту, с какой упала. С атон высоты она падает вторично, третий раз и т.
д. Если продолжительность падения й то в течение каждой секунды молекула ударится о дно п=11'21 раз ~21 потому, что от удара до удара молекула должна сделать два пробега — один вверх, другой вниз„оба— одинаковой продолжительности). Величину 1 определя- ем из формулы: 12 ф 1 1 / г * /к* 21 242л' где й — высота падения. Скорость, с какой молекула достигает дна сосуда, равна о= /2йй. Импульс р каждого единичного удара равен разности количеств движений до и после удара: р = то — т ( — о) = 2то, а суммарный импульс Р всех п ударов равен 1 К~ г— Р=пр=2топ=2т.— т1 — -зу2аЬ=те.
242А 112 ы Подчннввсь законам удара вноанс упругвк тсд равной массы. Из ак, в течение секунды дно сосуда получит от "::,' каждой молекулы импульс, равный тя. С другой стороны, Р— — Г г =г.)=К Следовательно, ~ = ~пй — сила удара равна весу мо.."" лекулы Ясно, что если каждая молекула ударяет с силой ~! своего веса и все заключающиеся в сосуде молекулы долетают до дна. то лну сосуда передается суммарный вес всех молекул газа Вспомним, что сосуд с беспорялочно движущимися молекулами был нами заменен сосудом с молекулами, падающими отвесно. Мы знаем, однако, что в смысле веса молекул оба сосуда равпозначаьди.
Позтому вывод, установленный для одного сосуда, должен быть верен н для другого. Читатель пожелает„быть может, узнать, как же в действительности осуществляется зта передача молекулами своего веса дну сосуда. Молекулы, движущиеся отвесно вниз, передают свой удар дну либо непосредственно, либо через сталкивающиеся с ними !:::' молекулы, с которыми они обмениваются скоростями (речь идет, напомним, о передаче только той составляющей, которая обусловлена силою тяжести). Молекулы, ударяющие в б о к о в ы е стенки косо вниз, передают свой удар дну через зти стенки.
Молекулы, ударяющие в верхнюю стенку нли в боковые косо вверх, доносят свой удар ослабленным, так как скорость -::;-,нх уменьшается действием тяжести; уменьшение же удара вверх дает соответствующий перевес дейсгвию ' ударов в нижнюю степку. Остается сказать о молекулах, ;,:;"" ударяющих в строго горизо~ггальном направлении.
Если :;-:,, Нри наличии тяжести молекула ударяет горизонтально, :::!:;."гто при отсутствии тяжести опа ударила бы косо вверх -;-'",:,,::: '-и уменьшила бы давление на чашку весов сосуда. -,.:":,:"-,Тяжесть огменяет это уменьшение давления, иначе ф." говоря — увеличивает вес сосуда Вопрос о передаче веса был нами поставлен для ~-..'-', газов. Но в сущности его можно повторить также :.~"::.„:: для з ел твердых и жидких: все тела состоят из (= ;Х~!':-хаотически движущихся молекул (кристаллы--из атомов), которые между собою не соприкасаются. '''Условия„ как видим, прннцнпналыю те же, что и лля хазов. Передача опоре веса молекул, составляюших 5 и. И.
Перельман ыз тела, осуществляется во всех случаях посредством многочисленных мелких уларов; с изменением состояния тела меняется лишь механизм этой передачи. в Причина тех болезненных рассгройств, кото- 92 2в рые наблюдаются при погружении под воду человека с трубкой, ведущей от рта наружу води, кроется в неравенстве давлений внутри и снаружи тела (рис. 9!). Изиутри, со стороны легких, давит нормальный воздух с силой одной атмосферы, а снаружи давит опав атмосфера+столб воды, высотою, равной глубине погружения.
При глубине погружения в полметра грудная клетка находится пол избьпочным давлением снаружи, равным 50 см водяного столба, или 50 гс(смх (5 кгс/дм~). Это„конечно, должно заметно затруднять дыхание: приходится дышать, когда на грудь давит груз в !5.— 20 кг. Но дело не только в этом одном, гораздо серьезнее нарушение кровообращения. Кровь вытесняется из частей тела, где давление выше (ноги, полость живота) в области меньшего давления — в 1отм (атн гати Рис. 9) Что происходит в организме человека гнгд действием атмосферного давлении, когда он окружен воздухом (ввсрху) и когда он логружсн в воду (виизу). Рисунок ооъвсииет, почему человек ие может джоель иод водой, как слон иа рис.
83 (в. 92). ))4 '~; грудь и голову. Переполненные кровью сосулы гпих :,-: частей тела препятствуют оттоку крови от сердца ,~' и аорты: последние непомерно расширяются от избыл-ка '-; крови, и в результате--если не смерть, то тяжелое ;.„заболевание Австрийский врач Р.
Шз иглер проверил сказан:;:::. пое на ряде опытов, описанных им в книге «Ку- ~!" папье, плаванье и нырянье» (Вена). Опыты прог~!.: делывал он над самим собой, погружая в воду тело !*"": и голову с трубкой, ведущей ото рта наружу. );:~:; Оказалось, что когда грудь находилась на глубине '::.: 'одного метра, дыхание становилось совершенно не'""-'-, возможным. На глубине бО см организм выдерживал --.: пребывание под водой в течение всего 3,75 мин, на ;,: глубине 90 см-- ! мин, на 1,5 м --не более 6 с. Когда же врач рискнул погрузиться под воду до 2 м, то ::.;:уже через несколько секунд сердце расширилось до ::.
опасного предела и для лечения расстроенного кро;:". вообращения потребовалось трехмесячное пребывание в постели Почему же,— спросит, вероятно, читатель, — можем мы все-таки нырять на большую глубину и оставаться там довольно долго без вреда для здоровья'? Потому что при нырянии условия совершенно иные. Перед ', тем как броситься в воду, ныряющий набирает в легкие ': возможно больше воздуха; по мере погружения тела ;,::;:: в воду, воздух этот все сильнее сдавливается напором .'; воды, оказывая в каждый момент давление, равное давлению окружающей волы. Нет причины поэтому для переполнения сердца кровью. В таких же условиях, ;:„как ныряющий, нахолигся и водолаз в своем костюме ,', (давление воздуха, подводимого накачиванием в шлем ;;"; скафандра, равно давлению окружающей воды~, а также г.'.рабочие в кессонах.
Остается еще вопрос — о слоне: почему не погибает :.--:, слон, оставаясь под водою с вьютупаиипим наружу ~","'хоботом? Потому что он слон: обладай мы крепостью .';:.~",: слонового организма, могучей его мускулатурой, мы ~', тоже могли бы безнаказанно погружаться на подобную ',"' глубину. Совершенно верно, что сила, стремяшаяся разо- ~!:,: ~~ .у» рвать кабину Пикара, весьма велика, но это не ~.",'' значит, что кабина должна разорва1 я. Рассчитаем, ~!:,,какое разрывающее усилие приходится в этом случае ы5 и на каждый квадратный сантиметр сечения оболочки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
