Ивановский М.П. - Законы движения (1107608), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Летчик заметил, что возле него движется какой-то маленький черный предмет. Пилоту показалось, что это шмель или жук, и он схватил его рукой, но, когда разжал ладонь, увидел на ней немецкую винтовочную пулю. Насколько правдив этот рассказ — неизвестно. Но пуля, выпущенная из винтовки вдогонку самолету, на высоте двух километров находится, как говорится, на излете — ее скорость может сравняться со скоростью самолета.
Самолеты же в 1915 году летали довольно медленно. Поэтому в происшествии, рассказанном французским летчиком, нет ничего сверхъестественного и невероятного. Он мог поймать пулю рукой, потому что сила тяжести и сопротивление воздуха уже успели поглотить ее скорость. Не только пуля — любой предмет, подброшенный вверх, постепенно теряет скорость. От хорошего удара лаптой мяч взвивается ксвечой» и летит высоко-высоко. По первому закону движения мяч, получивший толчок, должен лететь по прямой линии и с постоянной скоростью.
Но так он полетел бы где-нибудь в межзвездном пространстве, а на Земле, где действует сила тяжести и сопротивление воздуха, движение мячика замедляется. Достигнув наивысшей точки, он на миг останавливается, а потом начинает падать. При полете мяча вверх на него действовали направленные вниз силы тяжести и сопротивления воздуха. Их равнодействующая, пх сумма, — причина замедленного движения мяча. 67 А когда он падает на землю, сила тяжести направлена по-прежнему вниз, а вот сила сопротивления воздуха — вверх.
Ведь она препятствует движению. В этом случае, когда силы направлены противоположно, равнодействующая — их разность. Мяч летит вверх — силы складываются, вниз — вычитаются. Значит, до наивысшей точки подъема он долетит быстрее, чем упадет на землю. Но часто сопротивлением воздуха можно пренебречь в тогда, например, когда тело поднимается невысоко.
В этом случае силы сопротивления, зависящие от скорости, гораздо меньше силы тяжести. И поэтому приближенно считают время полета тела вверх и время падения его вниз одинаковыми. СИЛЫ ТРЕНИЯ Глава пятая о вековечных спутниках всякого механического движения — спутниках иногда вредных, иногда нужных и важных, без которых невозможно движение на Земле. Семейство помех Сил-потлех, замедляющих движение, довольно много — целое «семейство»! Эти силы играют огромную роль и технике и вообще в нашей жизни — они вековечные спутники механического движения, и во многих случаях спутники недружественные, которые как бы цепляются за каждый предмет, стараются его остановить, мешают ему двигаться или заставляют свернуть в сторону.
Это всевозможные силы сопротивления. Всему движущемуся в воздухе мешает сопротивление воздуха. Всему движущемуся в воде и по воде мешает сопротивление воды. Между полозьями саней и дорогой, между коньками и льдом, между шейками валов и подшипниками возникают силы трения скольжения. Между колесами и дорогой или рельсами действуют силы трения качения. И даже когда предмет неподвижен, можно обнаружить силу трения покоя, которая как бы охраняет его неподвижность и мешает нам, если мы пытаемся этот предмет сдвинуть с места.
Чтобы сдвинуть предмет, надо преодолеть эту силу. Трение покоя удобно для нас тем, что оно не позволяет вещам под влиянием слабых толчков сползать и сдвигаться со своих мест. Но оно становится одной из самых вредных помех, когда приходится приводить тела в движение. При движении трение обычно сказывается меньше. Прибор Кулона для изучения трения покоя. Французский ученый Кулон придумал простой прибор для определения трения покоя между различными поверхностями. На гладкую скамейку он клал доску, привязывал к ней веревку, а на доску клал гирю, прижимающую ее к скамье.
Веревка перекидывалась через блок, укрепленный на конце скамьи, и к ее концу подвешивалась чашка от весов. На чашку Кулон накладывал постепенно одну за другой гирьки; сила их тяжести через блок тянула доску вдоль скамьи. Оказалось, что доска начинала двигаться только тогда, когда вес гирек оказывался достаточным для преодоления трения покоя — при меньших грузах она оставалась неподвижной, несмотря на тягу веревки.
Чем 70 тяжелее был груз, который прижимал доску к скамье, тем больше нужно было положить на чашку гирек, чтобы сдвинуть доску с места, — тем больше было трение покоя. Хитрость машиниста На станциях железных дорог иногда приходится наблюдать, как паровоз безуспешно старается стронуть поезд с места. И странно, этот же самый паровоз недавно мчал поезд со скоростью свыше сорока километров в час, успешно втаскивал его на подъемы, а как только остановился, все вагоны как будто сделались гораздо тяжелее. Но разве вес поезда и его масса зависят от того, стоит он или едет? Вес поезда тут ни при чем, беда кроется в том, что, когда поезд остановился, силы трения покоя словно вцепились во все колеса, во все оси и держат их.
Чтобы преодолеть это трение, нужна ббльшая сила тяги — гораздо больше той, какая требуется, чтобы везти поезд, поддерживать его скорость постоянной. Трение покоя больше трения скольжения. Машинисту надо побороть трение покоя. Он говорит: — Я его сейчас перехитрю, — и дает тихий задний ход. Паровоз пятится, и вагоны один за другим по очереди начинают двигаться назад: преодолеть трение покоя одного вагона, конечно, легче, чем иметь дело со всем составом сразу. Но почему вагоны двигаются поодиночке? Когда паровоз дернул поезд вперед, все сцепные крюки и приспособления были растянуты. Машинист осаживает поезд на небольшое расстояние, он только сближает вагоны, заставляя буферные пружины сжиматься. Последние вагоны обычно остаются на месте, выполняя роль упора и удерживая все буферные пружины между вагонами в сжатом состоянии.
Затем машинист сразу же дает передний ход. Теперь уже паровоз тянет не весь поезд целиком — он сдвигает вагоны поочередно, потому что они сближены и могут отодвинуться друг от друга на длину сцепных крюков. Благодаря этому паровоз получает возможность преодолевать трение покои вагонов поодиночке. 71 В исключительных случаях, когда приходится брать с места очень тяжелый состав, к поезду подходит второй паровоз — толкач — и помогает своему собрату справиться с трением покоя. Невидимый тормоз Каждый велосипедист, мотоциклист, шофер, машинист, летчик или капитан корабля знает, что у сго машины есть предельная скорость, превысить которую не удается никакими усилиями.
Можно сколько угодно нажимать на педаль акселератора автомобильного двигателя, но «выжать> из машины лишний километр в час невозможно. Автомобиль «Победа» имеет двигатель мощностью в пятьдесят лошадиных сил. Когда водитель нажимает акселератор до отказа, коленчатый вал двигателя начинает делать трн тысячи шестьсот оборотов в минуту. Поршни как сумасшедшие мечутся вверх и вниз, подскакигают клапаны, вертятся шестеренки, а автомобиль движется хотя и очень быстро, но совершенно равномерно, и вся сила тяги двигателя уходит на преодоление ра личного трения.
Вот, например, как распределяется сила тяги двигателя между его «противниками» вЂ” разными видами трения при скорости автомобиля сто километров в час: на преодоление трения в подшипниках и между шестерен- качи расходуется около шестнадцати процентов силы тяги мотора, на преодоление трения качения колес по дороге — примерно двадцать четыре процента, а на преодоление сопротивления воздуха расходуется шестьдесят процентов силы тяги автомобиля. Трение скольжения с увеличением скорости немного уменьшается, трение качения изменяется очень незначительно, а вот сопротивление воздуха, совершенно незаметное при медленном движении, становится грозной тормозящей силой, когда скорость возрастает. Воздух оказывается главным врагом быстрого движения. Поэтому кузовам автомобилей, тепловозам, палубным надстройкам пароходов придают округленную, обтекаемую форму, убирают все выступающие части, стараются сделать так, чтобы воздух мог нх плавно обегать.
72 Когда строят гоночные машины и хотят добиться от них наивысшей скорости, то для кузова автомобиля заимствуют форму у рыбьего туловища, а на такую скоростную машину ставят двигатель мощностью несколько тысяч лошадиных сил. Но что бы нн делали изобретатели, как бы ни улучшали обтекаемость кузова, всегда за всяким движением, кнк тень, следуют силы трения и сопротивления среды. И если они даже не увеличиваются, остаются постоянными, все равно машина будет иметь предел скоФорма авиацион- ной бомбы. Объясняется это теин что мощность машины — произведение силы тяги на ее скорость. Но раз движение равномерное — сила тяги неликом уходит на преодоление различных сил сопротивления.
Если добиться уменьшения этих сил, то при данной мощности машина сможет развить ббльшую скорость. А так как основным врагом движения при больших скоростях является сопротивление воздуха, то для борьбы с ним конструкторам и приходится так изощряться. Предметы, движущиеся в воде — рыбы, подводные лодки, самоходные мины — торпеды и проч., — встречают большое сопротивление своему движению со стороны воды. Советский гоаочный автомобиль «Звезда».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
