Горизонты техники для детей, 1962 №2 - [4]

Если бы об этом знал Колумб, он бы по другому решил свою знаменитую задачу. Как известно, Колумб поставил яйцо «на ребро», ударяя сильно одним его концом о стол и разбивая часть скорлупы. Это не мудрено. Но почему же вращающееся яйцо не падает, а сохраняет такое ненатуральное стоячее положение. Потому, что такое яйцо — это не что иное, как жироскоп, или, говоря более популярно, обыкновенный волчок. Тысячи детей имеют дома волчок, тысячи взрослых когда-то крутили волчок, но немногие смогут объяснить, почему вращающийся волчок не падает. Вопрос этот очень и очень трудный. Я постараюсь объяснить его упрощенно, так как если бы поступил иначе, вы бы никогда не хотели читать того, что я здесь пишу.

Посмотрите на рисунок. Вы видите вращающийся волчок. Точка А на окружности волчка (в верхней части) бежит к нам, а точка В убегает от нас. Если мы захотим отклонить ось волчка, например, вправо, обе эти точки зареагируют на это, как на отклонение от траектории, по которой они пробегали до этого момента. Точка А будет испытывать нажим вниз, точка В — вверх.

Что же произойдет с точкой А. Её собственное движение, которое можем представить стрелкой Е, испытывает препятствие, указанное стрелкой R. Такие стрелки в физике называем векторами. В данном случае имеем дело с векторами скорости: длина стрелки (вектора) обозначает величину скорости, а направление стрелки (вектора) — направление скорости. Как будет себя вести точка А, если один вектор будет «тянуть» ее влево (Е), а другой — вниз (S). Точка А движется вдоль вектора R, т. е. и влево и вниз. В физике это называется «сложением скоростей», но такое умное название не должно вас пугать. Дело здесь совсем простое. Итак, точка А не побежит ни вдоль линии вектора Е, ни вдоль линии вектора S. Она побежит вдоль линии вектора R, т. е. так, как будто бы сначала побежала вдоль линии Е и сразу же после этого вдоль линии S. Как говорится: и волки сыты, и овцы целы.

Точка В, лежащая на противоположном по диаметру конце волчка (или на втором конце яйца), бежит вдоль линий векторов Е и S с той только разницей, что вектор S направлен вверх. Что же получается? Один конец яйца испытывает действие силы, тянущей его вниз, а второй конец — вверх. Яйцо становится на одном из своих узких концов, в нашем случае на точке А. Точка А стремится занять самое удобное положение, т. е. стать точкой опоры. Положение яйца, когда оно вращается на одном из своих узких концов, более устойчивое. Попытайтесь щелчком вывести яйцо из такого положения. Оно отклонится немного в сторону, качнется несколько раз, а если быстро вертится, обязательно вернется к своему первоначальному, спокойному вращению вокруг вертикальной оси. Это объяснение, безусловно, очень упрощено, но пока его вам вполне достаточно.

С волчком вам придется не раз в жизни встретиться, конечно, не в виде игрушки. А встретитесь с ним, не сознавая даже этого. Когда вы едете на велосипеде, приводите в движение два больших волчка. Это колеса велосипеда. Благодаря их вращению и свойствам волчка, с которыми вы сейчас познакомились, довольно легко ездите на велосипеде. Оба эти волчка-колеса трудно отклонить от положения, занимаемого ими во время вращения.

Есть и другие, более научные, применения этого принципа. Например, жирокомпас. Это устройство, напоминающее собой волчок, небольшое, тяжелое и вращающееся с большой скоростью при помощи электродвигателя. Чем быстрее вращается волчок-жирокомпас, тем сильнее он противостоит изменению положения своей оси. Это, наверное, совершенно понятно на основе наших предыдущих объяснений. Жирокомпас устроен так, что может вращаться вокруг любой оси, соблюдая одно и то же заданное направление. Если таким направлением будет север-юг, ничто не сможет изменить направления жирокомпаса. Самолет или корабль, на котором устанавливаются жирокомпасы, может менять курс, качаться на волнах или попадать в воздушные ямы, жирокомпас, благодаря свободе поворота оси во все стороны не изменит положения своей оси в пространстве и по-прежнему будет указывать север, так же, как и магнитный компас. Изменяться будет только положение его оси по отношению к «качающемуся» кораблю или самолету.

Наш физический кабинет

В школьном курсе физики это называется сложением сил или сложением скоростей и, откровенно говоря, является одним из наиболее скучных отделов механики. Черчение векторов (сил или скоростей), диагоналей отвлекают наше внимание и порой мешают пониманию существа явлений. А ведь этот вопрос не трудный и вовсе не скучный, но очень важный, ибо без знания его нельзя конструировать мосты, машины и т. д.

Предлагаем сделать опыт, не требующий никаких приборов, и в то же время интересный и поучительный. Достаточно проделать его один раз, чтобы так называемое правило параллелограмма сил (или скоростей) запомнилось нам на всю жизнь.

Возьмем несколько книг, весом в один или два килограмма, и свяжем их веревкой. Под веревку подложим вторую, более длинную, как это изображено на рисунке. Берем концы В и С веревки в руки, поднимаем руки перед грудью на высоту плеч, держа их вместе. В обоих руках чувствуем тяжесть книг; каждая из веревок