Занимательная механика - Перельман Я.И.
Скачать (прямая ссылка):
SO
ДВУХ ЛОДКАХ
К пристани на озере приближаются две одинаковых лодки. Оба лодочника подтягиваются с помощью веревки. Противоположный конец веревки первой лодки привязан к тумбе на пристани; противоположный же конец веревки второй лодки находится в руках матроса на пристани, который также тянет веревку к себе.
Все трое прилагают одинаковые усилия.
Какая лодка причалил4 раньше?
Решение
На первый взгляд может показаться, что причалит раньше та лодка, которую тянут двое: двойная сила порождает большую скорость.
Но верно ли, что на эту лодку действует двойная сила? Если и лодочник и матрос оба тянут к себе веревку, то натяжение веревки равно силе только одного из них — иначе говоря, оно таково же, как и для первой лодки. Обе
лодки подтягиваются с равного силою и причалят одновременно1.
ЗАГАДКА ПЕШЕХОДА И ПАРОВОЗА
Бывают случаи, — на практике нередкие, — когда как действующая, так и противодействующая силы, приложены в разных местах одного и того же тела. Мускульное напряжение или давление пара в цилиндре паровоза представляют примеры таких сил, называемых хвну-тренними». Особенность их та, что они могут изменять взаимное расположение частей тела, насколько это допускает связь частей, но никак не могут сообщить всем частям тела одно общее движение. При выстреле из ружья пороховые газы, действуя в одну сторону, выбрасывают пулю вперед. В то же время давление пороховых газов, направленное в противоположную сторону, сообщает ружью движение назад. Двигать вперед и пулю и ружье давление пороховых газов, как сила !внутренняя, не может.
Но если внутренние силы неспособны перемещать все тело, то как же движется пешеход? Как движется паровоз? Сказать, что пешеходу помогает трение ног о землю,
1 С таким моим решением не согласился один из наших- известных физиков, высказавший в письме ко мне соображение, которое, возможно, возникло в уме и других читателей:
«Чтобы лодки причалили, — писал он, — надо, чтобы люди выбирали веревкн. А двое, конечно, за то же время выберут веревки больше, и потому правая лодка причалит скорее».
Этот простой довод, кажущийся на первый взгляд бесспорным, на самом деле ошибочен. Чтобы сообщить лодке двойную скорость (иначе лодка не пристанет вдвое скорее), каждый из двоих тянущих должен тянуть лодку с удвоенной силой. Только при таком условии удастся им выбрать вдвое больше веревки, чем одинокому (в противном случае — откуда возьмется у них для этого свободная веревка?). Но в условии задачи оговорено, что «все трое прилагают одинаковые усилия». Сколько бы двое ни старались, им ие выбрать веревки больше, чем одинокому, раз сила натяжения веревок одинакова.
а паровозу трение колес о рельсы, — не значит еще разрешить загадку. Трение, конечно, совершенно необходимо для движения пешехода и паровоза: известно, что нельзя ходить по очень скользкому льду и что паровоз на скользких рельсах вращает колеса, не двигаясь с места. Но известно и то. что трение — сила пассивная (стр. 25). неспособная сама по себе порождать движение.
Выходит, что силы, участвующие в движении пешехода и паровоза, не могут заставить их двигаться. Каким же образом движение все-таки происходит?
Загадка разрешается довольно просто. Две внутренних силы, действуя одновременно, не могут сообщить телу движения, так как действие одной силы уравновеш'ивается действием другой. Но что будет, если некоторая третья сила уравновесит или ослабит действие одной из двух внутренних сил? Тогда ничто не помешает другой внутренней силе двигать тело. Трение и есть та третья сила, которая ослабляет действие одной из внутренних сил и тем дает другой силе возможность двигать тело.
Для большей ясности обозначим обе внутренние силы буквами F1 и F2, а силу трения — буквой Fs. Если величина и направление силы F,. таковы, что она достаточно ослабляет действие силы F2, то сила F1 сможет привести гело в движение. Короче, движение пешехода и паровоза осуществляется потому, что из трех действующих на тело
СИЛ тт Тт
F1, F2, F3
силы — F3 и F3 полностью или частью уравновешиваются, и тогда сила F1 становится действующей. Инженеры, описывая движение паровоза, предпочитают говорить, не вполне последовательно, что уравновешиваются силы F1 и F2, а движет паровоз сила трения F3. Практически это, впрочем, безразлично, поскольку для движения паровоза необходимо участие и силы пара и силы трения.
ЧТО ЗНАЧИТ „ПРЕОДОЛЕТЬ ИНЕРЦИЮ"?
Закончим главу рассмотрением еще одного вопроса, также зачастую порождающего превратные представления. Приходится нередко читать и слышать, что для приведения покоящегося тела в движение надо прежде всего
свободное тело нисколько не сопротивляется стремлению силы привести его в. движение. Что же тут надо «преодолевать» ?
«Преодоление инерции» — не более, как условное выражение той мысли, что каждое тело для приведения себя в движение с определенной скоростью требует определенного промежутка времени. Никакая сила, даже самая большая, не может мгновенно сообщить заданную скорость никакой массе, как бы ни была ничтожна эта масса. Мысль эта замкнута в краткой формуле
