Космос у тебя дома - [16]
В давние времена большим успехом у публики пользовался аттракцион с велосипедистом, который часть своего пути совершал колесами вверх. Дорожка, по которой исполнитель этого трюка мчался на большой скорости, съехав с большой высоты, образовывала петлю в вертикальной плоскости. В этой петле велосипедист описывал спираль. В верхней ее части он ехал вверх колесами, а затем благополучно съезжал вниз, вызывая вздох облегчения у публики.
Описанный номер очень напоминает петлю Нестерова.
Для успеха этого номера его исполнитель должен был обеспечить своему велосипеду большую скорость, а это можно было сделать, съезжая с определенной высоты. Отправная точка находилась значительно выше верхней точки петли. Движение велосипедиста в расположенном вертикально кольце похоже на вращение камня на веревке. Ведь камень, натягивая веревку, находясь в верхней точке описываемого круга, не срывается с нее. Также и велосипедист при большой скорости прижимается к своей кольцевой дорожке и не падает, когда едет по ней по инерции вверх колесами.
В нашем домашнем опыте не будет ни пилота, ни велосипедиста, их роль будет скромно выполнять стальной шарик (от шарикового подшипника).
Дорожку с вертикальной петлей нужно изготовить, исходя из размеров шарика, который у вас есть. Предположим, у вас есть стальной шарик диаметром 9 миллиметров. Возьмите плотную рисовальную бумагу или тонкий картон, вырежьте из нее полосу шириной 2,5 сантиметра и длиной 120 сантиметров (если такой длинной бумаги нет, можно склеить полосу из двух, трех кусков).
У бумажной полосы по всей ее длине загните бортики высотой 7 миллиметров. У вас получился длинный желоб. Теперь на одном из его концов сделайте петлю диаметром 8 сантиметров. Для того чтобы можно было согнуть петлю, от конца желоба на протяжении примерно 26 сантиметров в бортиках сделайте ножницами прорези через каждые 3–4 миллиметра. Когда вы согнете эту часть желоба, образовав правильную окружность, нужно, разведя немного (на ширину желоба) друг от друга концы петли, приклеить их к кусочку картона, чтобы они не расходились.
Теперь смонтируйте модель. Если вы приложите старание, то можно сделать красивую конструкцию и отнести ее в школьный физический кабинет как наглядное пособие.
Установите вертикально бумажную петлю. Конец девяностосантиметрового желоба закрепите на высоте (считая от основания петли) 40 сантиметров. Круто и плавно спускаясь, желоб должен тоже плавно переходить в петлю. К другому концу петли, так сказать, к ее выходному концу, приклейте такой же желоб, но длиной 20 сантиметров. На его конце сделайте из бумаги «карман» — ловушку для шарика, чтобы после каждого запуска не искать его по всей комнате.
Проследите, чтобы конструкция была достаточно жесткая, не прогибалась под тяжестью шарика, и чтобы дорога для шарика была плавная, ровная, без зазубрин и шероховатостей.
Когда все будет готово, можно пустить шарик с верхней точки желоба. Покатившись, шарик наберет нужную скорость, обеспечит себя инерцией, пройдет верхнюю точку петли, скатится по ней и закончит свой путь в ловушке.
Проделывая этот опыт, меняйте высоту, с которой запускаете шарик, и наблюдайте его поведение. Проследите, какая высота его запуска будет критической, то есть когда шарик не в состоянии будет пробежать по петле весь путь.
Этот опыт можно усовершенствовать — сделать еще одну петлю меньшего размера, тогда шарик будет пробегать две петли и после этого останавливаться в ловушке.
Лунный опыт
Часто мы употребляем слово масса, но не всегда правильно его истолковываем. Вот как очень образно говорит о массе Ю. А. Селезнев в книге «Основы элементарной физики»:
«К сожалению, неясность и нечеткость введения и использования понятия массы встречается очень часто. Иногда говорят о перетекании определенной массы жидкости из одного сосуда в другой, о подвешенной на нитке или лежащей на столе массе и пр. Подобные выражения не имеют никакого физического смысла и в немалой степени способствуют затуманиванию содержания понятия массы.
Масса тела — это прежде всего его свойство откликаться определенным ускорением на действие определенной силы. Утверждение, что масса тела — мера его инертности, имеет тот же смысл».
И далее: «Если масса — определенное свойство тела, то, как любое другое свойство, она не может „висеть“, „лежать“ или „перетекать“, ее нельзя потрогать или положить в карман. Никому не приходит в голову подвешивать на нитке белизну снега или прозрачность воды, а массу почему-то „подвешивают“!»
Для определения веса пользуются весами пружинными или коромысловыми. Единицей веса служит, как вы знаете, килограмм. Для определения массы тоже пользуются весами, но только коромысловыми весами, на которых сравнивают измеряемую массу с массой эталона в один килограмм.
Давайте совершим воображаемый опыт. Мы прилетели на Луну и привезли с собой пакет с шестью килограммами сахара. Взвешивая пакет с сахаром на Луне на пружинных весах, мы обнаруживаем, что у нас в пакете всего-навсего… один килограмм. Но если мы взвесим наш сахар не на пружинных, а на коромысловых весах, положив на одну чашку пакет с сахаром, а на другую шестикилограммовую гирю, то убедимся, что все в порядке — сахар не исчез. Уменьшился только вес, сахар стал в шесть раз легче, потому что Луна меньше Земли, ее сила притяжения меньше в шесть раз. Что же касается свойства пакета с сахаром откликаться на приложенное к нему ускорение, то есть его массы, то она никуда не исчезла, она точно такая же, как и на Земле.
