Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Здесь нет ничего неожиданного. Простое рассуждение приведет нас к выводу, что волны от брошенного камня должны быть круговые и в стоячей, и в текущей воде. Будем рассматривать движение частиц волнующейся воды как составное из двух движении: радиального- -от центра колебаний и переносного, направленного по течению реки. Тело, участвующее в нескольких движениях, в конечном счете перемещается туда, где очутилось бы оно, если бы совершало все составляющие движения последовательно, одно за другим. Поэтому допустим сначала, что камень брошен в неподвижную воду.
В таком случае волны, конечно, получатся круговые. Представим себе теперь, что вода движется— безразлично, с какой скоростью, равномерно или неравномерно, лишь бы движение это было поступательное. Что произойдет с круговыми волнами? Опи передвинутся параллельным перемещением, не претерпевая никакого искажения формы, т. е. останутся круговыми. Повод к сомнению в том, подчиняются ли живые л»~ существа закону инерции, дает следующее обстоятельство. Живые существа — рассуждают многие-- могут сниматься с места без участия внешней силы; а по закону инерции: «Тело, предоставленное самому себе, остается в покое или продолжает двигаться равномерно и прямолинейно, пока какая-нибудь внешняя причина ~т.
е. сила) не изменит этого состояния тела» (проф. А. А. Эйхенвальд, «Теоретическая физика»). Однако слово <свнешняя» в формулировке закона ийерции вовсе не необходимо; оно в сущности лицшее. У Ньииона в «Математических началах натуральной .,;:.философии» (з. е. физики) этого слова нет.
Вот до: словный перевод Ньютонова определения: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем 'с<эстоянии покоя или равномерного и прямолинейного ' ': движения, пока и поскольку оно не понуждается ': приложенными силал<и изменять это состояние»*'. ,,Как видите, у Нью <она нет никакого указания на то, ,:..что причина, выводящая тело из покоя или движения , по инерции, должна быть непременно внешняя. При 'такой формулировке не остается места никаким сомнениям в том, что закон инерции простирается и на живые существа. Что касается способности живых существ двигаться , бев участия внешних сил, то относящиеся сюда соображения чиз.атель найдет в последующих задачах.
Распространено убеждение, что одними внутрен- 1.~ 3 ними силами тело не может привести себя в' движение. Это — не более чем предрассудок. Достаточно указать на ракету, которая движется исключительно за счет внутренних сил. Все ракетное латание, развивающееся на наших глазах, имею в своей ;основе зту мнимую невозможность.
Верно то, что вся масса тела не может быть внутренними силами приведена в одинаковое движение. Но силы зтн вполне могут сообщить части тела одно движение, например, вперед, а остальной часги— противоположное, назал. Такой случай мы имеем в движении ракеты. Безусловно правильно, что трение не может быть 1й "Ф» непосредственной причиной движения, а, напро. 'тив — является лишь помехой движению.
Но именно ,потому его с полным основанием и называквт силой. Что такое сила? Нью<он определяет так: иСила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». ы На<отел И. Матсыатичсскис начала иатуралъиой философии: Пср. с лаз. акал.
А. н. крылова. мл наука, !989. с 39. (21рииеч. ред.) 29 Трение изменяет равномерное движение тел, превращая его в неравномерное (замедленное). Следовательно, трение есть сила. Чтобы такие недвижущие силы, как трение, выделить среди других сил, способных породить движение, первые называю~ пассивными, вторые -- активными. Трение есть сила пассивная. Рассмотрим конкретный пример — -ходьбу челове- 15 ~~ ка. Принято думать, чго при ходьбе движущей силой является трение как единственная участвующая здесь в не ш н я я сила.
Так часто пишут в учебных руководствах и популярных книгах. Подобный взгляд болыце затемняет вопрос, чем разъясняет его. Может ли трение быть причиной движения, раз оно способно только замедля.гь движение, а никак не порождать его? На роль трения в ходьбе человека и животных надо смотреть следующим образом. При ходьбе должно происходить в сущности то же самое, что и при движении ракеты. Человек может вынести ногу вперед ~олько при том условии, что прочая часть его тела продвинется назад.
На скользкой поверхности мы это и наблюдаем. Но где имеется достаточно сильное трение, там отступление тела назад не происходит„ и центр масс всего тела оказывается перенесенным вперед: плп' сделан. Какие же силы перемешан>т здесь центр масс тела вперед? Сокращение мускулов, т. е. сила внутренняя. Роль трения в этом случае сводится лишь к тому, что оно уравновешивает одну из двух равных внутренних сил, возникающих при ходьбе. и тем самым дает перевж другой.
Совершенно такую же роль играет .грение и при всяком ином перемещении живых существ, а также и при движении паровоза. Все эти тела движутся поступательно под действием не трения, а одной из двух внутренних сил, получающей преобладание благодаря трению. 16 В условиях отсутствия трения ходьба была бы ку» невозможна — — таково одно из неудобств этой обстановки. Тем не менее перемещаться на идеально гладкой поверхности было бы возможно.
Для этого Вы должны бросить какой-нибудь предмет в направлении, противоположном тому, в каком желаете дян- гагься. Тогда, по закону противодействия, тело Ваше получит толчок и двинется в желаемую сторону. Если Вам нечего бросить, снимите какук>-нибудь часть одежды и отбросьте ее.
Подобным же приемом можете Вы остановить свое приведенное в движение тело, если Вам не за что ухватиться. В столь необычайных условиях окажется будущий межпланетный путешесгвенник, ко>.да, надев на себя специальный кост>ом, он пожелаез во время перелета ":: совершить про~улку за борт ракетного корабля. Вне ,:корабля он будет продолжать нестись вместе с ним но инерции.
Чтобы по произволу приближаться или '-"', удаляться от корабля, удобнее всего пользова.> ься , -'пистолетом: отдача при выстреле будет увлекать стре:лякпцего в прозивоположную сторону. Тот же пистолет пригодится и для остановки движения. 1Р > к Может показаться, что натяжение веревки по- 7 ° лучится одинаковое, будем ли мы растягивать ее с силой !ОО Н за каждый конец или же тянуть с силой 200 Н за один конец, прикрепив другой — к стене. :„В первом случае две силы в ! 00 Н, приложенные к концам веревки, дают растягивак>щее усилие в 200 Н: во втором случае то же натяжение порождается силой 'в 200 Н, приложенной к незакрепленному концу.
' .. Это — грубое заблуждение. Натяжение веревки в рассматриваемых случаях вовсе пе одинаково. В первом случае веревка рас.>ягивается двумя силами в !00 Н, приложенными к ее концам, во втором — д в у м я " силами в 200 Н, также приложенными к концам, йотому что сила рук вызывает равную противодействующу>о силу со стороны стены. Следовательно, натяжение веревки во втором случае вдвое болыпе, чем в первом.
Легко впасть в нову>о ошибку, определяя самун> .; ' величину натяжения веревки. Вообразим, что растягиваемая веревка разрезана и освободившиеся концы ее привязаны к пружинному безмену: один к кольцу, другой — -к крючку. Сколько покажет в каждом случае безмен? Не следует думать, что в первом случае показание безмена будет 200 Н, во втором--400 Н. Две противоположные силы по !00 Н, приложенные к концам веревки, дают растяжение не в 200 Н, а всего в !00 Н.
3! Две' силы по 100 Н, растягивающие веревку в противоположные стороны, есть не что иное, как то, что мы называем «снлою в 100 Н». Других сил в 100 Н не бывает: всякая сила имеет два конца. Если и кажется иной раз, что перед нами сила одинарная, а не парная, то происходит зто потому лишь, что другой конец наблюдаемой силы находи~ся весьма далеко и ускользает от нашего внимания. Когда, например, тело падает, на него действует сила притяжения Земли, зто — один конец силы, другой — притяжение телом Земли--приложен в центре земного шара. Итак, веревка, которую тянут в разные стороны силами в 100 Н, растягивается силой в ! 00 Н, а натягиваемая в одну сторону силой в 200 Н (и в обратнунэ сторону такой же силой противодействия)- - подвержена натяжению в 200 Н.
После разъяснений предыдущей задачи ясно, что 1о Ов в упряжке при полушариях Герике восемь лошадей были совершенно лишними. Их вполне можно было бы замени~ь сопротивлением какой-нибудь стены или крепкого древесного ствола (рис. 32 и 33).
По закону действия н противодействия сила противодействия стены равнялась бы тяге восьми лошадей. Чтобь< увеличить тягу, целесообразно было бы эту носьмерку освободившихся лошадей припрячь в помощь остальным восьми. (Не следует думать, однако, что тяга при этом удвоилась бы: вследствие неполной согласованности усилий двойное число лошадей порождает не двойную гягу, а менее чем двойную, хотя и яоольшую„чем одинарная.) 19 На вопрос этой задачи ошибочно отвечать, что раз взрослый тянет к себе кольцо безмена с силой 100 Н, а ребенок тянет за крюк в свою сторону Рис.
32. Дииамомеэр покаэывает силу чяги логовин или деревпа, ио никак ис сумму обоих усилий (в. !8). Рис. 33. В этом случае противодействие стены играет роль тяги согнутого деревца (в. (7 и !8). с силой 30 Н, то указа- ~ =~5=.=- тель должен остановиться у !30 Н. Это неверно потому, . что нельзя тянуть з.ело с силой !00 Н, если нет равного противодейст"'вия. В данном случае 'нротиводействункщая сила'есть сила ребенка, ко'торая не превышает ,: ЗО.Н; поэтому взрослый может тянут ь безмен . с силой не более 30 Н.
Указатель безмена остановится, следовательно, у делейия 30 Н. , ' Кому эзо представляется неправдоподобным, пусть рассмотрит случай, когда ребенок, держа безмен, вовсе ' не тянет его к себе: сможет ли взрослый вытянуть ' иа таком безмене хоть один грамм? Рис. ЗК Анеклокическии способ привонить в лвижение парусине сула (в. 20). Из двух предложенных способов действен только Ъю %У» первый- при условии, конечно„что мех --до'статочных размеров и струя выз екает с большой :скоростью. Действие мехов в данном случае сходно с действием ракет, поставленных па кузов автомобиля: :при вытекании воздушной струи в одну сз.орону, мехи, а следовательно, и вся лодка, будут увлекаться в противоположную сторону. Второй способ - действие воздушной струи на лопатки колеса, врашакнцего винт за кормой лодки, - не может привести лодку в движение.
Причина ясна: евытекание струи воздуха вперед должно увлекать лодку Назад, вращение же ветряного двигателя будет тянуть лодку вперед; оба движения, направленные в противоположные стороны, дадут в итоге состояние покоя. По существу способ этот (в том виде, как он представлен на рис, 3) ничем не отличается от анек:дотического способа лвиуать суда, надувая паруса -, мехами (рис.
34). 2'й: -й Шар в покое не останется. Пока человек взбира.й:» ется по лестнице, аэростат будет опускаться. ЗДесь происходит то же, что наблюдается, когда Вы идете по приставшей к берегу легкой лодке, чтобы 2 Я И. Перельман зз =-:"' выбраться на сушу: лодка ото>.упае>. й>';Щ~, '' ' ° под Вашими ногами назад. Точно >>,,";>,,",'~>)»' -, так же и лестница, отталкиваемая ' У ")>>> --'-" вниз ногами взбираклце>ося по ней , человека, будет увлекат ь аэростат к земле (рис, 35). ,й> " ' Переходя к решени>о агой залачи — с точки зрения законов механики, мы — — должны рассужла.>ь так. Шар с лест- няней и человеком на цей прелстав- > ляк>т собой изолированную систему, . ф центр масс которой не может быть , л.? перемещен действием внутренних сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
