Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

Ну, а воздух, обтекающий вращающуюся пуговицу (это аэродинамические силы), завихряется в дырочках, и возникают волны, звук. Мы слышим глухое жужжание!

Так, кстати, в древности выделывали ремни. Подвешивали на петле из кожи большой, тяжелый камень и закручивали. Камень начинал вращаться под действием сил инерции туда-сюда, растягивая и напрягая кожу. Кожа от этого разминалась и становилась мягкой и пригодной для изготовления хороших ремней!

А еще на подобном принципе была устроена одна из страшных разрушительных машин древности, катапульта. Частью ее устройства были скрученные ремни или веревки, которые, раскручиваясь, передавали свою энергию вылетающему из катапульты камню… Вот так по-разному можно использовать один и тот же физический прибор.

86 Бумеранг за пару часов

Для опыта нам потребуются: две деревянные линейки по 50 см, напильник, клей, инструмент, чтобы просверлить дырочки в линейках, прочные нитки.

Мало кто имел возможность бросать настоящий бумеранг, который правда возвращается. В магазинах иногда продают пластмассовые бумеранги, только чаще всего они как-то плохо летают. А когда пытаешься сделать бумеранг по чертежам из серьезных книжек, то оказывается, что надо вырезать сложные профили, что-то непонятно настраивать… И вообще мало кто объясняет, а почему же он возвращается.

На фото: я не дую, бумажка свисает вниз как язык.

Мы попробуем сочетать приятное с полезным. Обещаю, что бумеранги, сделанные по моей технологии, будут хорошо летать и возвращаться. Между тем материалы, которые нужны для их изготовления, – две деревянные линейки по пятьдесят сантиметров, которые продаются в любом канцелярском магазине, да напильник. Ну, клей еще. Все! И ничего сложного. Мало того, когда сделаешь свой собственный бумеранг и будешь при этом четко понимать, что происходит при его броске, то можно сознательно, с умом изменять его параметры, делать разные бумеранги, а не делать что-то вслепую, методом проб и ошибок. Поэтому я сначала дам достаточно подробно пояснения, а потом расскажу, как сделать сам бумеранг. Кто нетерпеливый, все равно прочитайте пояснения, потерпите – и заодно воспитывайте силу воли!

Итак, давайте поймем, почему бумеранг возвращается. Для этого начнем с простого опыта. Возьмем полоску бумаги шириной один-два сантиметра (отрежем край от газеты). Поднесем ко рту, пусть свисает как язык.

Если теперь подуть сильно вдоль бумажки поверху, то она вдруг «притянется» к струе и выпрямится, будто язык выпрыгнул вверх и вперед.

Но стоит мне подуть вдоль бумаги, как она поднимается вверх!

Почему так происходит?

В свое время физики (например, великий Бернулли) заметили, что если поток жидкости или газа дует вдоль поверхности предмета, то он как бы присасывает предмет к себе. Причем чем быстрее движется газ, тем больше эта сила.

Но это если предмет обтекает воздух с одной стороны. А давайте рассмотрим, что будет, если предмет обтекается с двух сторон. Предположим, что с одной стороны предмет прямой, а с другой – выгнут углом или по дуге. Воздух разорваться не может, поэтому, набегая на предмет и обтекая его с двух сторон, потоки должны обежать его за одно и то же время. Получается, что сверху воздуху надо бежать быстрее!

А значит, что с этой стороны сила будет больше и предмет начнет «притягиваться» в ту сторону, с которой он больше искривлен.

На этом основана работа всех самолетных, вертолетных и прочих крыльев.

Я условно нарисовал крыло в виде треугольника – это крыло в разрезе. Если вы приглядитесь к любому самолетному крылу, вы увидите, что сверху оно выпуклое, а снизу – ровное. Таким образом, когда самолет разгоняется и крылья начинает обдувать воздух, сверху крыло как бы «присасывается» к воздушному потоку, возникает подъемная сила.

Почти все думают, что, когда самолет разгоняется, набегающий поток воздуха «подталкивает» его снизу крыльев и он «опирается» на воздух. А вот и наоборот! Самолет присасывается крыльями к воздуху сверху! Словно кто-то гигантской присоской держит его за крылья.

Теперь уже мы достаточно знаем, чтобы перейти к бумерангу.

Обычно бумеранг изображают в виде кривой деревяшки, напоминающей букву «Г». Такие делали австралийские и египетские охотники и бойцы в древности. Мы сделаем гораздо более простой, но точно так же возвращающийся крестообразный бумеранг. Представьте себе обычный ровный крест из дерева как вертолетный винт, при этом все «лопасти» представляют собой крылья. То есть сверху они выпуклые, а снизу – плоские. Если такой винт будет вращаться, то возникнет подъемная сила, которая будет притягивать бумеранг и сдвигать его в сторону выпуклой стороны. Давайте рассмотрим схему.

Бумеранг бросают вперед так, чтобы он летел в вертикальном положении, чтобы он словно колесо «катился» в воздухе. Как колеса не ездят «лежа», так и бумеранг должен «катиться» вперед. Он и вращается, и одновременно передвигается по горизонтали по направлению к цели. Я показал двумя большими стрелками, что бумеранг вращается и движется вперед. Мы смотрим на него как бы сбоку (его бросили мимо нас слева направо).

Смотрите, что происходит. Нижнее крыло бумеранга всегда будет за счет вращения как бы «возвращаться» назад, и скорость его относительно воздуха будет небольшой. У колеса тоже та точка, которая прикасается к земле в данный момент, неподвижна (иначе бы шины мгновенно стирались). А вот верхнее крыло, наоборот, движется быстрее, потому что его скорость складывается из скорости движения центра (всего) бумеранга и скорости вращения.

Из всей этой запутанной картины нам ясен очень простой вывод: верхнее крыло обтекается быстрее воздухом, чем нижнее! Все!

Что из этого следует? Что на верхнее крыло начнет действовать сила больше, и бумеранг начнет поворачиваться в воздухе. На него как будто бы надавили невидимым пальцем так, что его верхнее крыло начнет отклоняться в сторону выпуклой стороны.

И тут начинается самое интересное! Это все мы описывали так называемые аэродинамические силы. Это силы, которые возникают в потоках газов. А есть еще другие силы, которые тоже вступают в игру. И здесь мы опять должны для понимания познакомиться с таким занятным прибором, как гироскоп.

Все в детстве играли с волчком. Крутишь его – и он стоит на кончике! И какие-то загадочные силы удерживают его от падения. А остановится – и падает.

У наших предков, кстати, была занятная игра – «кубарик». Из дерева вырезали волчок, раскручивали его. Для этого на него наматывали веревочку и дергали ее, придерживая кубарик пальцем. Кубарик раскручивался и стоял на кончике. Чтобы он не падал, его подстегивали маленьким кнутиком. Задача была заставить кубарик крутиться как можно дольше.

А ученые придумали прибор, состоящий из волчка (металлического обычно), который закреплен в специальных рамках и может вращаться свободно в любом из направлений. Посмотрите, на фотографии лабораторный гироскоп, доставшийся мне в наследство от моего папы, – этот гироскоп участвовал в создании систем наведения для первых советских ракет!

Настоящий лабораторный гироскоп. Стрелками показаны рамки.

Видно, что в центре – волчок, он может вращаться. Он закреплен в круглой рамке, которая в свою очередь закреплена еще в одной рамке – а та, в свою очередь в третьей. Я показал их стрелками.