Законы движения - [21]

Мяч летит вверх — силы складываются, вниз — вычитаются.

Значит, до наивысшей точки подъема он долетит быстрее, чем упадет на землю.

Но часто сопротивлением воздуха можно пренебречь— тогда, например, когда тело поднимается невысоко. В этом случае силы сопротивления, зависящие от скорости, гораздо меньше силы тяжести. И поэтому приближенно считают время полета тела вверх и время падения его вниз одинаковыми.

СИЛЫ ТРЕНИЯ Глава пятая о вековечных спутниках всякого механического движения — спутниках иногда вредных, иногда нужных и важных, без которых невозможно движение на Земле

Семейство помех

Сил-помех, замедляющих движение, довольно много — целое «семейство»! Эти силы играют огромную роль в технике и вообще в нашей жизни — они вековечные спутники механического движения, и во многих случаях спутники недружественные, которые как бы цепляются за каждый предмет, стараются его остановить, мешают ему двигаться или заставляют свернуть в сторону. Это всевозможные силы сопротивления.

Всему движущемуся в воздухе мешает сопротивление воздуха.

Всему движущемуся в воде и по воде мешает сопротивление воды.

Между полозьями саней и дорогой, между коньками и льдом, между шейками валов и подшипниками возникают силы трения скольжения.

Между колесами и дорогой или рельсами действуют силы трения качения.

И даже когда предмет неподвижен, можно обнаружить силу трения покоя, которая как бы охраняет его неподвижность и мешает нам, если мы пытаемся этот предмет сдвинуть с места. Чтобы сдвинуть предмет, надо преодолеть эту силу.

Трение покоя удобно для нас тем, что оно не позволяет вещам под влиянием слабых толчков сползать и сдвигаться со своих мест. Но оно становится одной из самых вредных помех, когда приходится приводить тела в движение. При движении трение обычно сказывается меньше.

Французский ученый Кулон придумал простой прибор для определения трения покоя между различными поверхностями. На гладкую скамейку он клал доску, привязывал к ней веревку, а на доску клал гирю, прижимающую ее к скамье. Веревка перекидывалась через блок, укрепленный на конце скамьи, и к ее концу подвешивалась чашка от весов. На чашку Кулон накладывал постепенно одну за другой гирьки; сила их тяжести через блок тянула доску вдоль скамьи.

Прибор Кулона для изучения трения покоя.

Оказалось, что доска начинала двигаться только тогда, когда вес гирек оказывался достаточным для преодоления трения покоя — при меньших грузах она оставалась неподвижной, несмотря на тягу веревки. Чем тяжелее был груз, который прижимал доску к скамье, тем больше нужно было положить на чашку гирек, чтобы сдвинуть доску с места, — тем больше было трение покоя.

Хитрость машиниста

На станциях железных дорог иногда приходится наблюдать, как паровоз безуспешно старается стронуть поезд с места. И странно, этот же самый паровоз недавно мчал поезд со скоростью свыше сорока километров в час, успешно втаскивал его на подъемы, а как только остановился, все вагоны как будто сделались гораздо тяжелее.

Но разве вес поезда и его масса зависят от того, стоит он или едет? Вес поезда тут ни при чем, беда кроется в том, что, когда поезд остановился, силы трения покоя словно вцепились во все колеса, во все оси и держат их. Чтобы преодолеть это трение, нужна большая сила тяги — гораздо больше той, какая требуется, чтобы везти поезд, поддерживать его скорость постоянной. Трение покоя больше трения скольжения.

Машинисту надо побороть трение покоя. Он говорит:

— Я его сейчас перехитрю, — и дает тихий задний ход.

Паровоз пятится, и вагоны один за другим по очереди начинают двигаться назад: преодолеть трение покоя одного вагона, конечно, легче, чем иметь дело со всем составом сразу.

Но почему вагоны двигаются поодиночке? Когда паровоз дернул поезд вперед, все сцепные крюки и приспособления были растянуты.

Машинист осаживает поезд на небольшое расстояние, он только сближает вагоны, заставляя буферные пружины сжиматься. Последние вагоны обычно остаются на месте, выполняя роль упора и удерживая все буферные пружины между вагонами в сжатом состоянии.

Затем машинист сразу же дает передний ход. Теперь уже паровоз тянет не весь поезд целиком — он сдвигает вагоны поочередно, потому что они сближены и могут отодвинуться друг от друга на длину сцепных крюков. Благодаря этому паровоз получает возможность преодолевать трение покоя вагонов поодиночке.

В исключительных случаях, когда приходится брать с места очень тяжелый состав, к поезду подходит второй паровоз — толкач — и помогает своему собрату справиться с трением покоя.

Невидимый тормоз

Каждый велосипедист, мотоциклист, шофер, машинист, летчик или капитан корабля знает, что у его машины есть предельная скорость, превысить которую не удается никакими усилиями. Можно сколько угодно нажимать на педаль акселератора автомобильного двигателя, но «выжать» из машины лишний километр в час невозможно.

Автомобиль «Победа» имеет двигатель мощностью в пятьдесят лошадиных сил. Когда водитель нажимает акселератор до отказа, коленчатый вал двигателя начинает делать три тысячи шестьсот оборотов в минуту. Поршни как сумасшедшие мечутся вверх и вниз, подскакивают клапаны, вертятся шестеренки, а автомобиль движется хотя и очень быстро, но совершенно равномерно, и вся сила тяги двигателя уходит на преодоление различного трения.