Здравствуй, физика! - [4]
Вверх по скату
В действительной жизни мы давно уже привыкли угадывать центр тяжести каждого предмета. Мы сразу соображаем, как положить или поставить этот предмет, чтобы он не упал. «Фокус» ваньки-встаньки в том, что он обманывает наш глазомер. Его центр тяжести находится не там, где мы предполагаем. Поэтому ванька-встанька так упорно принимает положения, которые кажутся неестественными.
Давай сделаем еще один опыт, который на первый взгляд тоже противоречит законам равновесия.
Из плотной бумаги или тонкого картона склей кольцо. На внутреннюю его сторону приклей в одном месте груз: деревянную чурочку, кусочек сургуча или другой небольшой предмет, весящий больше, чем само кольцо. Чтобы груз не был виден, заклей кольцо с обеих сторон бумагой. На ней можно что-нибудь нарисовать, например лицо. Если подбородок этого лица будет там, где груз, то его не удастся поставить «вверх ногами» (хотя, конечно, никаких ног у лица нет). «Лицо» будет катиться, пока не станет подбородком вниз. Оно может даже подниматься вверх по скату, как показано на рисунке. Линейка положена одним концом на книги. Всякое нормальное колесо скатилось бы по ней вниз. Но «лицо» поступает наоборот.
Поставь его на линейку у правого, нижнего, конца, но так, чтобы подбородок был почти на самом верху слева. Отпусти «лицо» — и оно покатится вверх по скату!
Конечно же, оно остановится, как только подбородок коснется линейки. Ведь при этом центр тяжести займет
Верхом не бочке
Если у тебя есть круглая жестяная баночка, хотя бы от быстрорастворимого кофе, можешь сделать красивую игрушку, основанную на равновесии. Ее устройство ясно из рисунка.
В центрах дна и крышки пробей гвоздем по отверстию. Пробивать надо на дощечке, которую не жаль испортить. Из толстой проволоки согни ось с коленом посредине и к этому колену прикрепи свинцовый грузик или надень тяжелую гайку.
Закрой банку, вдев концы оси в отверстия дна и крышки. Нарисуй на бумаге клоуна, наклей его на картон и вырежь. Ноги прикрепи к концам оси, выступающим из банки.
Толкни банку, чтобы она покатилась. Клоун будет сидеть «верхом на бочке» и весело раскланиваться!
Глава третья. БЕГЕМОТ И ПТИЧКА
Бегемот и птичка
Представь, что тебе понадобилось приподнять шкаф. Не хватает сил? Не горюй! Подсунь под край шкафа крепкую палку — и ты приподнимешь его без особого труда.
Ты хочешь раздавить орех и не можешь сделать это руками. Ну что же. Есть специальные щипцы для орехов. С их помощью ты легко справишься с этой задачей.
Тебе нужно разрезать жесть. Ты, конечно, не станешь делать это ножом. Нет, ты возьмешь ножницы по металлу. Хорошие ножницы режут жесть, как бумагу.
Все эти случаи, на первый взгляд, очень разные. И все-таки они похожи один на другой.
У тебя не хватило силы, чтобы сделать ту или иную работу. Тогда ты берешь в руки какое-то приспособление — и работа сразу становится тебе по силам!
И самое удивительное здесь то, что приспособление — палка, щипцы, ножницы — не имеет двигателя, не имеет никакой собственной силы. Оно только увеличивает ту силу, которую прикладываешь ты.
Чтобы понять, как это получается, проделай опыт. Возьми два предмета разного веса. Я брал фарфоровую фигурку бегемота и гораздо более легкую деревянную птичку. Посади их на концы линейки, положенной серединой на круглый карандаш. Кто перетянет? Ясно, что бегемот. Он ведь тяжелее.
Ну, а если сдвинуть карандаш поближе к бегемоту? Еще, еще ближе! Смотри-ка: птичка и бегемот уравновесились! А подвинь карандаш еще ближе к бегемоту — и птичка перевесит!
Что же понадобилось легкой птичке для того, чтобы перетянуть тяжелого бегемота? Приспособление, состоящее из дощечки и карандаша. Дощечка опирается на карандаш. Место, в котором она опирается, называют точкой опоры.
В этом опыте мы взяли дощечку потому, что на нее удобно ставить фигурки. Можно было бы взять и круглую палку, и брусок, да и мало ли какой еще продолговатый предмет. Действие было бы тем же самым, только птичку и бегемота пришлось бы не ставить, а привязывать, или подвешивать, или приколачивать.
Длинную палку с точкой опоры называют рычагом. Это очень древнее приспособление. О рычаге сказал великий механик и математик древности Архимед из Сиракуз: «Дай мне точку опоры — и я переверну весь мир!»
Палка, подсунутая под шкаф, — это рычаг. И ты своим «птичьим» нажимом поднимаешь на ней «бегемота»— целый шкаф.
Каждая половинка щипцов для орехов — это рычаг. Поэтому «птичка» — твои пальцы — осиливает «бегемота» — сопротивление твердого ореха.
И каждая половинка ножниц — тоже рычаг. Поэтому «птичка» — твоя рука — на этот раз осиливает сопротивление толстой жести.
Посмотри внимательно на рисунки и сообрази, где находится в каждом случае точка опоры, где приложенная сила («птичка») и где сопротивление («бегемот»).
Птичкина хитрость
В чем же все-таки птичкина хитрость? Как это у нее получается, что она перетягивает бегемота? И как рука поднимает шкаф? И как удается раздавить орех? Ведь никакого постороннего двигателя во всех этих опытах нет. А сила все же увеличивается.
Дело, конечно, в том, что концы рычага имеют разную длину. Мы ведь подвигали карандаш совсем близко к бегемоту. И тогда только птичке удавалось этого бегемота поднять. Еще бы, она ведь опускалась с большой высоты, чтобы приподнять неподатливого бегемота едва на какой-нибудь сантиметр!
