Занимательная механика - Перельман Я.И.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 72. Почему передние колеса выгодно делать маленькими?
Рис. 72 поясняет, почему при наклонном положении оглобли АО тяга OP лошади, разлагаясь на составляющие OQ и OB, дают силу (OR), направленную вверх и облегчающую вытаскивание воза из выбоины. При горизонтальном же положении оглобель (рис. 72, направо) не получается силы, направленной вверх; вытащить воз из выбоины тогда трудно. На хорошо содержимых дорогах, где таких неровностей пути не бывает, излишне и низкое положение оси передних колес. Поэтому у нас скоро можно будет видеть повозки с одинаковыми передними и задними колесами, как это стало обычным в Москве.
Перейдем теперь к вопросу задачи: почему задние колеса не делаются одного диаметра с передними? Причина та, что большие колеса выгоднее малых, так как испытывают меньшее трение. Трение катящегося тела— так называемое трение второго рода — обратно пропорционально радиусу. Отсюда ясна целесообразность большого диаметра задних колес.
11* 163
ч
I
НА ЧТО РАСХОДУЕТСЯ ЭНЕРГИЯ ПАРОВОЗОВ И ПАРОХОДОВ?
Согласно механике «здравого смысла» паровозы и пароходы расходуют свою энергию на собственное передвижение. Между тем только в первую четверть минуты энергия паровоза затрачивается на приведение его и поезда в движение. Остальное же время (на горизонтальном пути) энергия расходуется только на то, чтобы преодолевать трение и сопротивление воздуха. Как метко заметил один из моих знакомых, энергия трамвайной элек* тростанции целиком расходуется на то, чтобы согревать воздух города, — работа трения превращается в теплоту. Не будь этих помех движению, поезд, разогнавшись в течение первых 10—20 секунд, двигался бы по инерции неопределенно долго, не затрачивая энергии.
Мы уже говорили ранее, что движение равномерное совершается без участия силы и, следовательно, без расхода энергии. Если же при равномерном движении происходит трата энергии, то расходуется она на преодоление помех равномерному движению. Мощные машины пароходов нужны также лишь для того, чтобы преодолевать сопротивление воды. Оно весьма значительно по сравнению с сопротивлением при сухопутном транспорте и, кроме того, быстро растет с увеличением скорости (пропорционально второй ее степени). В этом кроется, между прочим, причина того, почему на воде недостижимы столь значительные скорости, как на сушеl. В Америке поезд в 400 тонн весом мчится со скоростью 90 км/час; никакое судно такого же веса не может перемещаться с подобной скоростью. «Гребец, — говорит Вильяме, автор книги
1 Сказанное не относится к тем судам (так наз. глиссерам), Которые скользят по воде, почти не погружаясь в нее; встречая поэтому со стороны воды лишь незначительное сопротивление, глиссеры способны развивать сравнительно большие скорости.
«Гляди в корень» — легко может двигать лодку со скоростью 6 км/час; но увеличение скорости на 1 км напрягает все его силы. А чтобы легкая гоночная лодка скользила со скоростью 20 км/час, нужна уже отлично тренированная .команда из восьми человек, гребущих изо всех сил».
Если сопротивление воды движению растет очень быстро с увеличением. скорости, то и увлекающая сила воды чрезвычайно быстро возрастает со скоростью. Сейчас мы побеседуем об этом подробнее,
КАМНИ, УВЛЕКАЕМЫЕ ВОДОЙ
Подмывая и разрушая берег, река сама переносит обломки от места их падения в другие части своего ложа. Вода перекатывает по дну камни, нередко довольно круп-
Рис. 73. Горный поток перекатывает камни.
ные, — способность, приводящая многих в изумление. Удивляются, как может вода увлекать камни. Правда, это делает не всякая река. Равнинная, медленно текущая река увлекает течением только мелкие песчинки. Но достаточно небольшого увеличения скорости, чтобы весьма заметно усилить увлекающую мощь водяного потока. При удвоенной скорости река не только уносит песчинки, но перекатывает уже крупную гальку. А горный поток, текущий
еще вдвое быстрее, увлекает булыжники в килограмм и более весом. Чем объяснить эти явления?
Мы имеем здесь любопытное следствие закона механики, известного в гидрологии под названием «закона Эри». Закон утверждает, что увеличение скорости течения в п раз сообщает потоку способность увлекать предметы в п6 раз более тяжелые.
Покажем, почему существует здесь такая — весьма редкая в природе — пропорциональность 6-й степени.
Для простоты вообразим каменный кубик с ребром а (рис. 74), лежащий на дне реки. На боковую его грань S действует сила F—напор текущей воды. Она стремится повернуть кубик вокруг ребра AB. Этому препятствует сила P — вес кубика в воде, — стремящаяся повернуть его обратно вокруг того же ребра. Чтобы камень остался в равиовесни. необходимо— по правилам механики—равенство P «моментов» обеих сил FuP отно-
Рис. 74. Силы, действующие сительно оси AB. Моментом силы на камень в текучей воде. относительно оси называется про-
изведение величины этой силы на ее расстояние от оси. Для силы F момент равен Fb, для силы P он
равен Pc (черт. 74). Но Ъ—С = -^-• Следовательно, камень останется в покое лишь тогда, когда
