Я познаю мир. Естествознание - [39]

Спортмены–прыгуны, а также атлеты, которые заняты метанием диска или копья, пытаются добиться наибольшей скорости в начале движения. От этого зависит дальность полета. Медлительный человек не может стать чемпионом в этих видах спорта, если только не обладает необыкновенной силой. Именно для того, чтобы достичь наибольшей начальной скорости, удар бейсбольной битой или клюшкой для гольфа делают с разворота.

Прыжки в высоту требуют другого угла. Если их выполнять с места, то прыгать придется почти вертикально, а для того чтобы успешно прыгнуть с разгона, нужно стартовать под углом около 70°. Ракета, которая стартует в космос, начинает полет строго вертикально.

Работа

Понятия «работа», «мощность» и «энергия» сходны. Попытаемся разобраться, что к чему. Мыть пол, сидеть в школе, убирать снег – это работа, но и играть в футбол – это тоже работа. Держать над головой тяжелую штангу, конечно, нелегко, но с точки зрения физики – это не работа. Даже если нам удастся простоять довольно долго, работой это занятие для физика не станет.

Для физиков работа – это приложение силы на каком–то пути, а не за какое–то время. Достаточно нам сделать шаг вперед со штангой над головой, как физики смогут с уверенностью сказать, что мы совершили работу. То же самое произойдет, если мы немного опустим или приподнимем штангу, потому что при этом она изменит свое положение, следовательно, пройдет какой–то путь.

Неважно, сколько времени будет дворник чистить от снега каток – два часа или два дня. Сколько бы он ни потратил времени, он сделает одну и ту же работу, ведь он уберет то же количество снега. Но дворник, как известно, дворнику рознь, и один управляется быстрее другого. Здесь работа уже связана со временем – мощность дворника, который работает быстрее, больше.

Долгое время угольные шахты Англии затапливались водой, и для откачки воды использовались лошади. Так продолжалось до тех пор, пока англичанин Джеймс Уатт не приспособил паровую машину для того же дела. После этого он, довольный результатом своей деятельности, стал рассуждать, сколько лошадей заменила одна его машина. С этого расчета в мире появилась традиция измерять мощность в лошадиных силах. Двигатель автомобиля имеет мощность от нескольких десятков до нескольких сотен лошадиных сил, а тепловоз – несколько тысяч. Человек среднего веса, который хочет, чтобы о нем сказали, что его мощность равна одной лошадиной силе, должен научиться залезать по канату на три метра за три секунды.

Энергия тяжелого предмета, упавшего нам на ногу, такова, что может получиться очень больно, и сломается нога или предмет. Если все время кидать камень на одно и то же место, получиться ямка. Предмет, падающий на ногу, или камень, брошенный на землю, пролетают какое–то расстояние и, упав, оказывают воздействие на нас или почву. Энергия – это способность совершать работу. Чем с большей высоты брошен камень, тем глубже ямка, которую он оставит.

Какая бывает энергия?

Некоторые тела могут быть готовы совершить работу. Человек, лежащий на диване, готов отправиться на работу, хотя он лежит неподвижно. Вода в пруду, сдерживаемая плотиной, готова ринуться вниз и смыть огороды ниже по течению, но пока плотина цела, вода лишь готова совершить работу, но, к счастью, ее не совершает. Значит, вода обладает энергией, которая может быть использована. Такая энергия называется потенциальной. Согнутый, готовый к выстрелу лук, сжатая пружина, сжатый в баллоне газ готовы совершить работу, если им будет позволено прийти в движение.

Если мяч летит, машина едет, корабль плывет, – они совершают работу. Мяч, лежащий в верхней точке горки, обладает потенциальной энергией: он готов скатиться вниз. Когда он катится, его потенциальная энергия расходуется и переходит в движение.

Натянутая тетива лука и сжатая пружина готовы совершить работу

Механизмы, которые придумал человек

На каждой кухне можно увидеть мясорубку, консервный нож. В доме найдутся и пылесос, и стиральная машина. На даче топор, лопата, грабли – самые обыденные инструменты.

Заводы заполнены всевозможными механизмами – от гигантских прессов, способных работать с толстыми листами металла, до небольших автоматов, которые сортируют мелкие детали, упаковывают товары, считают и взвешивают, варят и клеят. Сложно найти область современной жизни, в которой не применяются компьютеры.

Среди механизмов, которые использует человек, есть и очень сложные, и простые. Чаще других в простых механизмах человек использует рычаг, ворот, наклонную плоскость, клин, винт и блоки. Попытаем понять, как все это работает.

Простейший рычаг

Если ты хочешь перевернуть бревно, можно воспользоваться палкой, подложив под нее, например, камень. Твоя палка и будет рычагом, а подложенный камень – точкой опоры. Если расстояние от камня до бревна меньше, чем длина палки от камня до твоих рук, ты сможешь перевернуть дерево, которое без помощи рычага не смог бы даже сдвинуть с места.

Попробуем поднять бревно на веревке. На первый взгляд, если нам едва удалось перевернуть его при помощи рычага, то не то что поднять, даже приподнять его мы не можем. Здесь нам помогут блоки. Бревно поднимается, и, хотя нам приходится вытягивать в 2 раза больше веревки, мы удвоили наши усилия по подъему бревна, а ведь наши руки и спина не стали сильнее. Так устроен блок, который очень помогает в работе, когда нужно поднять что–то наверх. Например, блоки используются в подъемных кранах.