Физика на каждом шагу

Когда трамвайный вагон описывает кривую часть пути, например, при повороте из одной улицы в другую, то пассажиры непосредственно на себе ощущают силу, которая прижимает их по направлению к внешней стенке вагона. При достаточной скорости движения весь вагон мог бы быть опрокинут, если бы наружный рельс закругления не был предусмотрительно уложен выше внутреннего: благодаря этому вагон на повороте слегка наклоняется внутрь. Это звучит довольно странно: вагон, покосившийся набок, устойчивее, чем стоящий прямо!

Рис. 26

А между тем это так, и маленький опыт поможет вам уяснить себе, как происходит дело. Сверните картонный лист в виде широкого раструба, еще лучше, – возьмите, если в доме найдется, миску со стенками такой формы. Особенно пригодится для нашей цели конический абажур – стеклянный или жестяной – от электрической лампы. Вооружившись одним из этих предметов, пустите по нему монету, небольшой металлический кружочек или колечко от ключей. Они будут описывать круги по дну посуды, заметно наклоняясь при этом внутрь. По мере того как монета или колечко будут замедлять свое движение, они станут описывать все меньшие круги, приближаясь к центру посуды. Но легким поворотом посуды вы можете заставить монету снова катиться быстрее, и тогда она удаляется от центра, описывая большие круги. Если она разгонится очень сильно, то может и совсем выкатиться из посуды.

Для велосипедных состязаний на так называемом «велодроме» устраиваются особые круговые дорожки; вы можете видеть, что дорожки эти, особенно там, где они круто заворачивают, устроены с заметным уклоном к центру. Велосипед кружится по ним в сильно наклоненном положении, – как монета в вашей чашке, – и не только не опрокидывается, но, напротив, в таком именно положении приобретает особенную устойчивость. В цирках велосипедисты изумляют публику тем, что описывают круги по круто наклоненному настилу; вы понимаете теперь, что в этом нет ничего необычайного. Напротив, трудным искусством для велосипедиста было бы кружиться так по ровной, горизонтальной дорожке.

Где легче всего?

Земной шар, на котором мы живем, вращается, и вследствие вращения Земли все вещи на ее поверхности становятся легче. Чем ближе к экватору, тем больший круг успевают сделать вещи за 24 часа, тем, значит, они быстрее вращаются и оттого больше теряют в весе. Если килограммовую гирю перенести с полюса на экватор и здесь вновь взвесить на пружинных весах, то обнаружится нехватка в весе на 5 г. Разница невелика, конечно, но чем тяжелее вещь, тем нехватка крупнее. Паровоз, приехавший из Архангельска в Одессу, становится здесь легче на 60 кг – вес взрослого человека. А линейный корабль в 20 тыс. тонн, прибывший из Белого моря в Черное, теряет здесь в весе ни мало, ни много – 80 тонн; это вес хорошего паровоза!

Рис. 27

Отчего так происходит? Оттого, что земной шар, вращаясь, стремится разбросать со своей поверхности все вещи, как зонтик в нашем опыте выкидывает брошенный в него мяч. Земной шар и скинул бы их, но этому мешает то, что он притягивает все вещи к себе. Мы называем это притяжение «тяжестью». Скинуть вещи с Земли вращение не может, а уменьшить вес их может. Вот почему вещи становятся немного легче вследствие вращения земного шара.

Если бы Земля вращалась быстрее…

Чем быстрее вращение, тем уменьшение веса должно становиться заметнее. Вычислено, что если бы Земля вращалась не так, как теперь, а в 17 раз быстрее, то на экваторе вещи потеряли бы свой вес целиком: они стали бы невесомы. А если бы Земля вращалась еще быстрее, то вещи потеряли бы весь свой вес не только на экваторе, но и в странах и морях, лежащих по обе его стороны.

Рис. 28

Подумайте только, что это значит: вещи потеряли бы свой вес! Ведь это значит, что не будет такой вещи, которой вы не могли бы поднять: паровозы, каменные глыбы, исполинские пушки, целые военные корабли со всеми машинами и орудиями вы поднимали бы – как перышко. А если бы вы их уронили – не опасно: они никого не раздавят. Не раздавят потому, что вовсе и не упали бы: ведь они ничего не весят! Они парили бы в воздухе там, где вы выпустили их из рук. Если бы, сидя в корзине воздушного шара, вы вздумали ронять свои вещи за борт, – они так и остались бы в воздухе. Удивительный был бы это мир! Прыгать вы могли бы так высоко, как и во сне не прыгали: выше самых высоких сооружений и гор. Но только не забывайте: подпрыгнуть легко, а назад спрыгнуть невозможно. Лишенные веса, вы на землю не упадете, а оттолкнуться в воздухе не от чего.

Будут и другие неудобства в этом мире. Сами сообразите, какие: все вещи – и малые и большие, – если они не прикреплены, будут подниматься от малейшего ветерка и носиться в воздухе. Люди, животные, автомобили, телеги, корабли – все беспорядочно металось бы в воздухе, ломая и калеча друг друга… Вот что произошло бы, если бы Земля вращалась значительно быстрее.

Сжатие земного шара

Вращением Земли объясняется и то, что она, строго говоря, не представляет собой шара, а сплющена по направлению своей оси. Простой опыт уяснит нам, почему Земля приняла такую форму.

Рис. 29. Почему земной шар раздут у экватора?

Вырежьте кружок из плотного и прочного картона, вершков 5–6 в диаметре, и по обе стороны его центра просверлите по дырочке. Сквозь эти дырочки протяните бечевки. Такой кружок легко привести в быстрое вращательное движение; для этого нужно, слегка натянув бечевки, обернуть кружок несколько раз и затем, когда бечевки закрутятся, отпустить его, сильно натянув бечевки: кружок завертится довольно быстро (рис. 29).

Теперь мы можем устроить маленькое подобие земного шара. Проведите на вашем кружке два диаметра под прямым углом. По концам диаметров воткните в кромку картона по игле. Из плотной бумаги приготовьте два кольца шириной в палец и диаметром чуть побольше вашего кружка. Вставьте кольцо одно в другое накрест и склейте места их соприкосновения. Это – «меридианы» вашего земного шара.

Через отверстия в «полюсах» (местах схождения «меридианов») пропустите бечевки от кружка; самый же кружок поместите на месте «экватора», проткнув ленты остриями иголок (рис. 29).

Сделав все это, приведите кружок в быстрое вращение, как было описано выше. Вы увидите, что наш маленький «земной шар» заметно сожмется у «полюсов» и раздуется у «экватора». Подобную же форму имеет и настоящий земной шар: вследствие вращения он немного вздут у экватора.

Описанный сейчас опыт удобнее показывать, если смастерить себе упрощенную центробежную машину, вроде той, которая представлена на рис. 30. Катушка, которую вы вертите рукой, должна иметь больший поперечник, чем та, которая вращает кружок; чем разница в диаметрах больше, тем больше оборотов будет делать бумажное кольцо, и тем опыт выходит показательнее.

Рис. 30. Самодельная центробежная машина

Десять вертушек

На рис. 31–33 вы видите всевозможные вертушки, изготовленные на различные лады. Они дадут вам возможность проделать ряд забавных и поучительных опытов. Изготовление их не требует особого искусства.

1. Первую вертушку вы можете сделать из катушки, срезав и обработав один ее бок (первая фигурка, рис. 31). Она будет вертеться не только на заостренном, но и на тупом конце своей оси: для этого нужно закрутить ее, как обычно делается, держа ось между пальцами, а потом проворно уронить юлу на тупой конец – она будет на нем вертеться, забавно раскачиваясь в стороны.