Ивановский М.П. - Законы движения (1107608), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Это возражение Ньютон легко опроверг. По сравнению со струйкой пара и пробочкой, тележка, нагруженная стойкой, чашечкой и пробиркой, весьма велика. Ее передняя сторона, упираясь в воздух, встречает несравненно большее сопротивление, 111 чем струйка пара. Воздух в большей степени мешает тележке. чем помогает. В безвоздушном пространстве такая тележка покатилась бы быстрее и дальше, чем на воздухе. Никто ведь не может сказать, что человек, выскакивающий из лодки,. упирается в воздух, и будто бы от этого лодка начинает двигаться.
Интересный физический опыт с тележкой Ньютона дает нам наглядное представление о новом типе двигателей, называемых реактивными. Реактивные двигатели, в отличие от всех остальных, не нуждаются в какой-либо опоре, — можно сказать, что они несут опору в себе или опираются сами на себя. Ньютон сделал из своего опыта следующий интересный вывод — количество движения, полученное тележкой, в точности равно количеству движения пара и пробки. Масса тележки больше, оиа набирает меньшую скорость.
Масса пробки и пара меньше, зато скорость их движения во столько же раз больше. Количество движения пробки направлено в одну сторону, количество движения тележки — в другую. В сумме оба количества движения дают нуль. Иными словами, общее количество движения при этом не изменяется: оно равнялось нулю в начале, когда тележка и пробки были неподвижны; оно равняется нулю и в конце, когда тележка и пробка (вместе с паром) движутся в разные стороны. Этот закон стали называть впоследствии законом сохранения количества движения. В истории механики ои сыграл огромную роль.
Но, по сути дела, это. просто следствие из второго закона движения — основного закона динамики. Количество движения тела, учит Ньютон, может измениться только под действием внешней силы. А на тележку в его опыте никакие внешние силы не действовали. Значит, и количество движения для нее должно остаться постоянным, то есть равным нулю, — она ведь стояла на месте. Вся система — это тележка и вылетевший из пробирки пар. Постоянным должно оставаться количество движения этой системы.
Поэтому количество движения, получаемое тележкой, и количество движения, уносимое паром, равны и противоположно направлены. 1!2 Вертутка Герона Тележка Ньютона не была первым в мире реактивным двигателем. За тысячу восемьсот лет до опытов Ньютона первый паровой реактивный двигатель сделал замечательный изобретатель Герон Александрийский †древнегреческиймехан. О Героие Александрийском нам известно немногое.
Он был сыном брадобрея — парикмахера — и учеником другого знаменитого изобретателя, Ктезнбия. Жил Герон в Александрии примерно две тысячи семьдесят пять лет назад. Геронов шар. В приборе, изобретенном Героном, пар из котла, под которым горел огонь, проходил по двум трубкам в железный шар. Трубки одновременно служили осью, вокруг которой этот шар мог вращаться. Две другие трубки, изогнутые наподобие буквы «Г», были приделаны к шару так, как показано на рисунке. Когда под котлом разводили огонь, вода закипала и пар устремлялся в железный шар, а из него по изогнутым трубкам с силой вылетал наружу.
Шар при этом вращался в сторону, противоположную той, в которую вылеталп струи пара. Эту вертушку можно назвать первой в мире паровой реактивной турбиной. Катайская ракета Еще раньше, за много лет до Герона Александрийского, в Китае тоже изобрели реактивный двигатель несколько иного устройства, называемый ныне фейерверочной ракетой. Фейерверочные ракеты не следует смешивать с их тезками — сигнальными ракетами, которые применяют в армии и флоте, а также пускают в'дни всенародных праздников под грохот артиллерийского салюта. Снгналь- 113 ные ракеты — это просто пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем.
Ими выстреливают из крупнокалиберных пистолетов — ракетниц. Китайская ракета представляет собой картонную или металлическую трубку, закрытую с одного конца и т т тт* наполненную пороховым составом. Когда эту смесь поджигают, струя ф/ газов, вырываясь с большой скоростью из открытого конца трубки, заставляет ракету лететь в сторону, /~,' противоположную направлению газок/; / вой струи. Взлетать такая ракета может без помощи пистолета-ракетниРакета цы.
Палочка, привязанная к корпусу ракеты, делает ее полет более устойчивым и прямолинейным. В мире животных также встречается реактивное движение. Каракатицы, осьминоги и некоторые другие головоногие моллюски не имеют ни плавников, ни мощного хвоста, а плавают не хуже прочих обитателей моря. У этих мягкотелых существ в теле имеется довольно вместительный мешок или полость. В полость набирается вода, а затем животное с большой силой выталкивает эту воду наружу. Реакция выброшенной воды заставляет животное плыть в сторону, противоположную направлению струи. Падающая кошка Но самый интересный способ движения продемонстрировала обыкновенная кошка. Лет восемьдесят пять назад известный французский физик Марсель Депре заявил: — А знаете ли, законы Ньютона не совсем верны.
Тело может двигаться с помощью внутренних сил, ни на что не опираясь и ни от чего не отталкиваясь. — Где доказательства, где примеры? — протестовали слушатели. — Хотите доказательств? Извольте. Кошка, нечаянно 114 сорвавшаяся с крыши, — вот доказательство! Как бы кошка ни падала, хоть головой вниз, на землю она обязательно встанет всеми четырьмя лапками. Но ведь падающая кошка ни на что не опирается и ни от чего не отталкивается, а переворачивается быстро и ловко. (Сопротивлением воздуха можно пренебречь — оно слишком ничтожно.) Действительно, это знают все: кошки, падая, ухитряются всегда становиться на ноги. Кошки это делают инстинктивно, а человек может сделать то же самое сознательно.
Пловцы, прыгающие с вышки в воду, умеют выполнять сложную фигуру — тройное сальто, то есть трижды перевернуться в воздухе, а потом вдруг выпрямиться, приостановить вращение своего тела и уже по прямой линии нырнуть в воду. Такие же движения,— без взаимодействия с каким- либо посторонним предметом, случается наблюдать в циоке во время выступления акробатов — воздушных гимнастов.
Падающую кошку сфотографировали киносъемочным аппаратом и потом на экране рассматривали кадр за кадром, что делает кошка, когда летит в воздухе. Оказалось, что кошка быстро вертит лапкой. 1 Вращение лапки вызывает ответное движение — реакцию всего туловища, и оно поворачивается в сторону, противоположную движе- Я нию лапки. Все происходит в строгом соответствии с законами Ньютона, и именно благодаря им кошка становится на ноги. То же самое происходит во всех случаях, ко- -У гда живое существо без всякой видимой причины изменяет свое движение в воздухе. Кошка н третий заков 115 Водометныа катер У изобретателей появилась мысль, а почему бы не перенять у каракатиц их способ плавания. Они решили построить самоходное судно с водно-реактивным двигателем.
Идея безусловно осуществимая. Правда, уверенности в удаче не было: изобретатели сомневались, получится ли такой водометный пароход лучше обычного винтового. Надо было сделать опыт. Выбрали старый буксирный пароход, починили его кор пус, сняли гребные винты, а в машинном отделении поставили насос-водомет. Этот насос качал забортную воду и через трубу выталкивал ее за корму сильной струей.
Пароход плыл, но двигался он все же медленнее винтового парохода. И это объясняется просто: обычный гребной винт вращается за кормой ничем не стесненный, вокруг него только вода; воду в водометном насосе приводил в движение почти точно такой же винт, но вращался он уже не на воде, а в тесной трубе.
Возникало трение водяной струи о стенки. Трение ослабляло напор струи. Пароход с водометным движителем плыл медленнее винтового и топлива расходовал болыпе. Однако от постройки таких пароходов не отказались: у них нашлись важные преимущества. Судно, снабженное гребным винтом, должно сидеть в воде глубоко, иначе винт будет без толку пенить воду или вертеться в воздухе. Поэтому винтовые пароходы боятся отмелей и перекатов, они не могут плавать по мелководью. А водометные пароходы можно строить мелкосидящими и плоскодонными: нм глубина не нужна — где пройдет лодка, там пройдет и водометный пароход.
Первые водометные катера в Советском Союзе построены в 1953 году на Красноярской судостроительной верфи. Они предназначены для малых рек, где обычные пароходы не могут плавать. Отдача и откат Особенно прилежно инженеры, изобретатели и ученые занялись исследованием реактивного движения при появлении огнестрельного оружия. Первые ружья — всевозможные пистоли, мушкеты и самопалы — при каждом 116 выстреле сильно ударяли человека в плечо. После нескольких десятков выстрелов плечо начинало так болетга что солдат уже не мог целиться. Первые пушки — пищали, единороги, кулеврнны и бомбарды — при выстреле отпрыгивали назад, так что, случалось, калечили пушкарей- артиллеристов, если они не успевали увернуться и отскочить в сторону.
Отдача орудия мешала меткой стрельбе, потому что пушка вздрагивала раньше, чем ядро илн граната вылетали из ствола. Это сбивало наводку. Стрельба получалась неприцельной. Лафет стариииого орудия. Инженеры-артиллеристы начали борьбу с отдачей более четырехсот лет назад. Сначала лафет снабдили сошником, который врезался в землю и служил прочным упором для пушки.
Тогда думали, что если хорошенько подпереть пушку сзади, так чтобы ей некуда было откатываться, то отдача исчезнет. Но это была ошибка. Не был принят во внимание закон сохранения количества движения. Пушки ломали все подпорки, а лафеты так расшатывались, что орудие становилось непригодным для боевой работы. Тогда изобретатели поняли, что законы движения, как и всякие законы природы, нельзя переделать по-своему, их можно только «перехнтрнть» с помощью науки— механики. У лафета они оставили сравнительно небольшой сошник для упора, а ствол пушки положили на «салазкн» так, чтобы откатывался только один ствол, а не все орудие целиком.
Ствол соединили с поршнем компрессора, который 117 ходит в своем цилиндре точно так же, как поршень паровой машины. Но в цилиндре паровой машины — пар, а в орудийном компрессоре — масло н пружина (или сжатый воздух). Когда ствол пушки откатывается назад, поршень сжимает пружину. Масло же в это время сквозь мелкие отверстия в поршне продавливается по другую сторону поршня. Возникает сильное трение, которое частично поглощает движение откатывающегсся ствола, делает его более медленным и плавным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
