Здравствуй, физика! - [17]
А с другой щечкой катушки дело обстоит совершенно наоборот. Здесь гвоздь должен вращаться как можно легче, как можно свободнее. Чем легче он скользит по щечке, тем дальше уедет катушка-ползушка. Значит, здесь трение вредно. Оно мешает работе механизма. Его нужно уменьшить.
Поэтому-то и подложена между щечкой и гвоздем мыльная шайба. Она уменьшает трение, она играет роль смазки.
Теперь рассмотрим края щечек. Это «колеса» нашей игрушки. Ты их зазубрил ножом. Для чего? Да для того, чтобы они лучше сцеплялись с полом, чтобы не «буксовали», как говорят машинисты и шоферы.
Да, есть у них такое словечко. Ведь в дождь или в гололед колеса локомотива буксуют, прокручиваются на рельсах, не может он взять с места тяжелый состав. Приходится машинисту включать приспособление, которое сыплет на рельсы песок. Для чего? Да для того, чтобы увеличить трение. И при торможении в гололед на рельсы тоже сыплется песок. Иначе и не остановишь! А на колеса автомобиля при езде по скользкой дороге надевают специальные цепи. Они тоже увеличивают трение, улучшают сцепление колес с дорогой.
Вспомни: трение останавливает автомобиль, когда кончится весь бензин. Но если бы не было трения колес о дорогу, автомобиль и с полным баком бензина не смог бы тронуться с места. Его колеса проворачивались бы, буксовали бы, словно на льду!
Наконец, у катушки-ползушки есть трение еще в одном месте. Это трение конца гвоздя об пол, по которому он ползет вслед за катушкой. Вот это трение — вредное. Оно мешает, оно задерживает движение катушки. Но тут трудно что-либо сделать. Разве что отшлифовать конец гвоздя мелкой шкуркой.
Как ни проста наша игрушка, она помогла разобраться. Там, где части механизма должны двигаться, трение вредно и его надо уменьшать. А там, где части не должны двигаться, где нужно хорошее сцепление, там трение полезно и его нужно увеличивать. И еще трение необходимо в тормозах. У ползушки их нет, она и так едва ползет. А у всех настоящих колесных машин тормоза есть: без тормозов ездить было бы слишком опасно.
Карандаш и книга
Следующий опыт с карандашом и книгой. Поставь книгу наклонно и положи на нее карандаш. Сползет или не сползет? Это зависит от того, как положить. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом наклоне сползать не будет. А если поперек? Ого, как покатился! Особенно если он круглый, а не шестигранный.
Ты можешь сказать: подумаешь, тоже мне научный опыт! Что же в нем интересного? А интересно в этом опыте то, что когда карандаш катится, трение оказывается гораздо меньше, чем когда он ползет. Катить легче, чем волочить. Или, как говорят физики, трение качения меньше, чем трение скольжения.
Именно поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности колес не знали и даже летом грузы возили на санях. Посмотри на эту картину. Она высечена на стене одного очень древнего храма в Египте. Огромную каменную статую везут на санях. Везут по голой земле: ведь Египет — жаркая страна, там снега никогда не бывает!
Эх, и как только древние инженеры не сообразят хотя бы катки подложить под эти сани!
Не беспокойся, они сообразят. Вернее, они уже давно сообразили. Правда, не тогда, когда была высечена эта картина. Но все равно катки, а потом и колеса появились уже несколько тысяч лет назад. И тогда, впервые в истории, трение скольжения было заменено более выгодным трением качения. Это было большим шагом вперед.
Современная техника сделала следующий важный шаг. Инженеры рассудили так: обод колеса не тащится волоком, он катится по земле. Это хорошо, трение уменьшается. Но вот ось колеса трется в подшипниках, и, как мы эти подшипники ни смазываем, трение все равно остается большим. Нельзя ли и здесь трение скольжения заменить трением качения? Нельзя ли между осью колеса и обоймой подшипника положить маленькие стальные катки?
Так появились подшипники качения.
Они бывают шариковые и роликовые. И ты, конечно, не раз их видел. Даже в обычном велосипеде, только не в детском, а в двухколесном, взрослом или подростковом, шариковые подшипники есть во втулках колес, в рулевой колонке, на оси шатунов, на осях педалей.
Автомобили, мотоциклы, тракторы — все эти машины катятся на шариковых и роликовых подшипниках. А в последние годы и железнодорожные вагоны стали делать на подшипниках качения. Эти вагоны легко узнать: на них нарисован особый знак, показанный на нашем рисунке. Узнаёшь? Это ведь и есть подшипник качения!
Акробат идет колесом
Прежде чем кончить разговор о трении, сделаем еще одну забавную игрушку. Из плотной бумаги вырежь по нашему рисунку фигурку акробата. Насади ее на перо, вставленное в обыкновенную школьную ручку. Вдень теперь ручку с акробатом наискось в кольцо ножниц. Держа ножницы горизонтально, води их осторожно по кругу. Ах, как пошел колесом наш акробат!
Он ведь участвует в двух движениях сразу. Во-первых, конец ручки с надетым на перо акробатом описывает большие круги. А во-вторых, ручка не скользит по кольцу ножниц, а обкатывается по нему. И ручка вместе с акробатом вертится вокруг своей оси. От соединения этих двух движений и получаются такие замечательные колеса. Живому акробату едва ли удастся их повторить!
