Здравствуй, физика!

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!

Ты спросишь, где же здесь трение? Да в кольце ножниц. Если бы его не было, ручка сразу провалилась бы вниз, она бы не удержалась даже в наклонном положении. И еще: если бы между кольцом и ручкой не было трения, ручка бы не обкатывалась по кольцу и акробат не кувыркался бы так красиво.

Глава десятая. ТВЕРДОЕ И МЯГКОЕ

Шкаф и диван

Одного мальчика спросили: знает ли он, что такое твердое тело?

— Конечно, знаю! — ответил мальчик. — Вот, например, шкаф — он очень твердый. Смотрите, какую я себе шишку набил!

— Ну, а диван?

— Дива-ан? Да какой же он твердый? Диван — это мягкое тело!

Физики отвечают на этот вопрос совсем не так, как мальчик, набивший себе шишку. Они говорят: твердое тело сохраняет свою форму. Шкаф — это твердое тело. Он стоит прямо, он не согнется сам по себе. И диван — это тоже твердое тело. Он ведь не промнется, пока на него не сядут!

Но если уже и диван попал в твердые тела, какое же тело не твердое? Есть ли вообще нетвердые тела?

— Есть, — отвечают физики. — Вот вода — это не твердое тело. Вода — это жидкость. Она своей формы не имеет. Нальешь ее в кастрюлю — примет форму кастрюли. Если кастрюля с дыркой, вода постепенно вытечет и разольется по столу, с него побежит струйкой на пол…

Такие же свойства имеют и другие жидкости: молоко, керосин, растительное масло да и мало ли что еще. Все эти жидкости принимают форму той посуды, в которую они налиты. А диван стоит себе на полу и не думает растекаться лужей.

И все-таки в ответе мальчика была какая-то доля правды. Мальчик чувствовал, что не все твердые тела тверды одинаково. Шкаф тверже дивана. Он сильнее сопротивляется, когда пробуешь изменить его форму.

«Маленький, зелененький…»

Ты, верно, знаешь эту детскую песенку:

Маленький, зелененький, С коленками назад — Все кузнечик прыгает, Чему-то очень рад…

В магазинах часто продается забавная игрушка — прыгающий кузнечик. Тельце маленького прыгуна сделано из зеленой пластмассы, на брюшке — круглая резиновая присоска. А длинные ножки согнуты из упругой стальной проволоки.

Игрушечного кузнечика ставят на дно тарелки и надавливают на него сверху. Стальные ножки гнутся, разъезжаются по тарелке, и кузнечик прижимается брюшком к гладкой поверхности. При этом присоска присасывается.

Теперь можно кузнечика отпустить. Он остается в том же положении иногда несколько минут. Но постепенно под присоску проникает воздух, она держит все слабее…

Трах! С громким щелканьем кузнечик отрывается от тарелки и подпрыгивает на добрый метр, а то и выше! Нервный человек порядком вздрогнет, особенно если он уже успел забыть про кузнечика и чем-то отвлекся.

Почему же все-таки прыгает игрушечный кузнечик?

Да потому, что его ножки распрямляются. Ты их изогнул, а присоска задержала в изогнутом положении. Ножки стремятся выпрямиться, расправиться. И как только присоска отпускает, они тут же расправляются. Щелк! Кузнечик взлетает в воздух.

Прыгающее кольцо

Похожий опыт можно сделать и с резиновым кольцом, вырезанным из велосипедной или автомобильной камеры. Иногда такие кольца можно найти готовыми; они надеваются на особые «застегивающиеся» пробки бутылок.