Занимательная механика - Перельман Я.И.
Скачать (прямая ссылка):
Решение
Опыт показывает, что в сосуде, движущемся' без трения по наклонной плоскости, уровень воды устанавливается параллельно этой плоскости. Объясним почему.
Вес P каждой частицы (.рис. 20) можно представить себе разложенным на две составляющие силы: Q и Б. Сила P увлекает частицы воды и сосуда в движение вдоль наклонной плоскости CD; ори этом частицы воды будут оказывать на стенки сосуда такое же давление, как и в случае покоя (вследствие одинаковости скоростей движения). Сила же Q придавливает частицы воды ко дну сосуда. Действие всех отдельных сил Q на воду будет такое же, как
и действие силы тяжести на частицы всякой покоящейся жидкости: уровень воды установится перпендикулярно к направлению силы Q, 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 горизонтально. Это следует уже из того, что равномерное движение не может внести в ход механических явлений никаких изменений по сравнению с состоянием покоя (классичес
Но следует ли это такж
Рис. 19. Сосуд с водой скользит под уклон. Как расположится уровень воды?
й принцип относительности), из приведенного ранее объяснения? Конечно. Ведь в с/ 'чае равномерного движения сосуда по наклонной
«
А В
T-D-
--¦
¦ I
I
\ " "
Q
\ • ^^*"^ \ 1
\ I \ ¦ \ • \ ¦ \ I
v
......V
плоскюсти частицы стенок сосуда не получают никакого ускорения; частицы же жидкости в сосуде, находясь под действием силы Е, будут силой J? придавливаться к передней стенке сосуда. Следовательно, каждая частица воды будет находиться под действием двух придавливающих сил R и Q, равнодействукипая которых и есть вес P частицы, направленный вертикально. Вот почему уровень воды должен в этом случае установиться го-
Рис. 20. Решение задачи рис. 19.
ризонтально. Только в самом начале движения, когда сосуд, до получения постоянной скорости, еще движется ускоренно1, уровень воды принимает на мгновение наклонное положение.
КОГДА ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ЛИНИЯ НЕ ГОРИЗОНТАЛЬНА?
Если бы в сосуде или в баке, скользящем вниз без трения, находился, вместо воды, человек с плотничьим уровнем, он наблюдал бы странные явления. Тело его прижималось 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 «паеса-¦жйр» 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.
НАПРЛЕЛ ДВИЖ.
Рис. 21. Какие силы действуют на предметы в вагоне трогающегося поезда?
1 Надо помнить, что тело не может прнтти в равномерное движение мгновенно: переходя от покоя к равномерному движению, тело не может миновать состояния ускоренного движения. — состояния хотя бы весьма кратковременного. *
Надо заметить, что вообще всякий раз, когда мы не сознаем уклонения нашего собственного тела от отвесного положения, мы приписываем наклон окружающим предметам. Пьяный, шатаясь, воображает, что все кругом него покачивается. Помните у Некрасова:
Крестьянам показалося. Как вышли на пригорочек, Что все село шатается, Что даже церковь старую С высокой колокольнею Шатнуло раз-другой...
Горизонтальный пол может утратить для вас свое горизонтальное положение даже и в том случае, когда вы движетесь не по наклону, а по строго горизонтальному пути. Это бывает, например, три подходе поезда к станции или при отходе от нее, — вообще в таких частях пути, где вагон идет замедленно или ускоренно. Вот как описывает ощущения, испытываемые при этом пассажиром, французский физик Ш. Гильом:
«Когда поезд начинает замедлять свой ход, мы можем сделать удивительное наблюдение: нам покажется, что пол понижается в направлении движения поезда; мы будем думать, что идем вниз, когда шагаем вдоль вагона в направлении движения, и всходим вверх, когда идем в обратном направлении. А при отправлении поезда со станции пол «ак бы наклоняется в сторону, противоположную движению».
«Мы можем устроить опыт, — пишет он далее, — 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 водосточ-
ных 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 поднимается у края, противоположного направлению, в каком совершается ускорение хода».
