Здравствуй, физика!

Коробок с сюрпризом

Чтобы лучше разобраться в сказанном, сделай еще один опыт. В спичечный коробок положи тяжелую гайку. Сдвинь ее как можно ближе к одному краю. Теперь этот край будет удерживаться на столе, даже если почти весь коробок висит в воздухе.

Этот опыт далеко не так красив, как опыты с поварешкой и тарелкой. Но есть в нем одна замечательная особенность. Здесь вся тяжесть лежит выше точки опоры, а коробок не падает!

Почему? Теперь ты, наверное, сможешь догадаться.

Дело в том, что если коробок начнет переваливаться через край стола, гайка поднимется. Иными словами, при нарушении равновесия центр тяжести будет подниматься. Поэтому равновесие будет восстанавливаться.

Интересно, что по этой же самой причине в устойчивом равновесии находятся столы, шкафы, кровати, памятники, автобусы, подъемные краны, садовые скамейки, тепловозы, галоши, стоящие под вешалкой, и еще тысячи самых разнообразных предметов, перечисление которых не поместилось бы в этой книжке!

Общее свойство у них одно: при нарушении равновесия центр тяжести поднимается. Поэтому-то все они лежат, стоят, едут не опрокидываясь!

Послушное и непослушное яйцо

Проткни в концах яйца две дырочки величиной со спичечную головку и выдуй содержимое. Внутренность яйца промой несколько раз водой. Чтобы скорлупа хорошенько просохла изнутри, дай ей полежать один-два дня. После этого одну дырочку залепи гипсом, клеем с мелом или с белилами так, чтобы она не была заметна.

Насыпь в скорлупу чистого и сухого песку примерно на четверть. Залепи вторую дырочку таким же образом, как первую. Послушное яйцо готово!

Ты сможешь поставить его в любом положении. Для этого нужно только слегка встряхнуть яйцо, держа его в том положении, которое оно должно будет занять. Песчинки переместятся, и поставленное яйцо будет сохранять устойчивое равновесие.

Чтобы сделать непослушное яйцо, нужно вместо песка набросать в него 30–40 штук самых мелких дробинок («бекасинника») и кусочки стеарина от свечи. Потом поставь яйцо на один конец и подогрей. Стеарин растопится, а когда застынет, слепит дробинки между собой и приклеит к скорлупе. Замаскируй дырочки в скорлупе.

Непослушное яйцо невозможно будет уложить. Оно будет стоять не только на столе, но и на краю стакана, на ручке ножа, на горлышке бутылки!

Впрочем, такая игрушка тебе уже знакома. Это ведь ванька-встанька! Можешь сделать его по всем правилам. Для этого груз укрепи в тупом конце яйца, а скорлупу разрисуй и раскрась. Можешь даже приклеить ваньке бумажные ручки и сшить кафтанчик!

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!

И шкаф тоже был приподнят совсем немного. А рука сделала большое движение! Так получалось и с ножницами, и со щипцами для орехов. Птичка может поднять бегемота, только ухватившись за длинный конец рычага. Но при этом ей нужно пройти большой путь. А бегемот сдвигается совсем немного.

Оказывается, сила птички увеличивается во столько раз, во сколько ее конец рычага длиннее. Собственно, не конец, а вся часть рычага от точки опоры до конца, до того места, где сидит птичка. Эта часть рычага называется плечом. Так вот, если одно плечо длиннее другого вдвое — и сила увеличивается тоже вдвое. Плечо длиннее в десять раз — и сила удесятерится!

Рычажные весы

Вспомни, как тебя взвешивали при врачебном осмотре. Стоя на платформе весов, ты играл роль «бегемота» из нашего предыдущего опыта. А роль птички исполняла гиря, которую передвигала по коромыслу весов медицинская сестра. Конечно, эти весы устроены сложнее, чем в нашем опыте. В них спрятаны два рычага, расположенные один за другим. Но основной принцип тот же самый. Гиря по коромыслу передвигалась далеко, а движение платформы весов было едва-едва заметным.

Очень похожи по устройству и большие товарные, так называемые десятичные весы. Их можно увидеть на товарных складах и в багажных отделениях станций железной дороги. На почте взвешивают посылки тоже на рычажных весах. Хозяйственные, кухонные весы чаще выпускают пружинными, со стрелкой и циферблатом. Но иногда в кухне можно увидеть и рычажные весы.

Ты тоже можешь сделать кухонные рычажные весы.

Рычагом, да заодно уже и чашкой этих весов, будет служить поварешка, подвижной гирей — шумовка, точкой опоры для рычага тут будут зубья вилки. Они лежат на шляпках двух гвоздей, воткнутых в пробку. Другой конец вилки вставлен в крючок поварешки вместе с кусочком пробки, чтобы не выпадал.

На стене проведи горизонтальную линию. Как это сделать — объяснено дальше, в главе «О воде и трубах» («Как повесить картину?»). Взвешивая груз, передвигай шумовку до тех пор, пока поварешка не установится параллельно этой линии.

На коромысле почтовых и медицинских весов нанесены деления. И на ручке поварешки их тоже нужно будет нанести. Сперва отметь положение шумовки на поварешке без груза. Потом положи в черпак поварешки груз в 0,5 кг и передвигай шумовку, пока снова не установишь равновесие. Отметь и это положение шумовки. Промежуток между двумя отметками раздели по линейке на пять равных частей и проставь около делений цифры: 0; 0,1 кг; 0,2 кг и так до 0,5 кг. Весы готовы!

Глава четвертая. ПОЧЕМУ НЕ УПАЛИ ШАХМАТЫ!

Шахматы и инерция

Слово «инерция» я впервые услышал в детстве. Отец мой был заядлым любителем шахмат. И если к нам в дом приходил какой-нибудь шахматист, отец немедленно доставал массивный ящик из пальмового дерева. Там хранились шахматы, тоже пальмовые, а крышка служила доской. Это был приз, полученный за победу в каком-то турнире. И весь вечер отец и гость, увлекшись игрой, оставались глухи и немы, не отвечали на вопросы, не слышали, когда их звали ужинать.

Это очень сердило мою маму. Она любила, чтобы все делалось вовремя, чтобы гости поддерживали интересный разговор и уж, во всяком случае, садились за стол по первому зову. И вот однажды, когда ужин успел совершенно остыть, а оба шахматиста в ответ на все призывы только мычали что-то невнятное, мама в отчаянии схватила край скатерти, на которой стоял пальмовый ящик, и дернула что было сил.

Мама хотела прекратить ненавистную игру. Но каково же было ее изумление, когда скатерть легко выдернулась из-под ящика, а шахматы даже не шелохнулись!

Мама так и остолбенела со скатертью в руках. Шахматисты посмотрели на нее и расхохотались. Тут и у мамы вся злость прошла. Она тоже принялась смеяться.

— Вот видишь, — сказал отец, вытирая слезы от смеха. — Видишь, что значит инерция!

— Да уж… — ответила мама. — И у вас инерция не меньше, чем у ваших шахмат. Вас тоже с места не сдвинешь!

И мы сели ужинать. А я все думал: «Что же это такое — инерция? И почему не упали шахматы?»

Шашки тоже не падают!

Тебе, наверное, хочется повторить опыт, который, сама того не желая, проделала когда-то моя мама. Но не со всякими шахматами он получается. Нужна достаточно тяжелая доска с гладким, полированным дном. И скатерть нужна гладкая, скользкая, из шелковой или льняной ткани.

Впрочем, если у тебя есть деревянная шахматная доска или просто гладкий стол, ты можешь проделать похожие опыты с шашками.

Первый опыт будет такой. На доску поставь 10–12 шашек столбиком, одну на другую. Немного поупражнявшись, ты научишься быстрым ударом линейки выбивать нижнюю шашку, не свалив тех, что стояли на ней.

Второй опыт с шашками тоже очень прост. На край доски положи полоску писчей бумаги, а на нее поставь столбиком несколько шашек. Попробуй потянуть за бумажку.

Если потянешь медленно, шашки поедут вместе с бумагой. Но если дернуть очень резко, бумажка останется у тебя в руках, а шашки не шелохнутся!

Три опыта с монетами

Красивый опыт можно проделать с тяжелой монетой, лучше всего с металлическим рублем. Полоску гладкой бумаги положи одним кондом на край ровного стола. На эту полоску поставь на ребро рублевую монету.

Теперь, придерживая левой рукой свободный конец полоски, резко ударь по ней пальцем правой руки. Бумага соскользнет со стола, а рубль останется на месте!

Опыт с монетой можно сделать и немного по-другому. Поставь рубль ребром на почтовую открытку так, чтобы примерно две трети этой открытки выступали за край стола. Конечно, как и в предыдущем опыте, это место стола не должно быть покрыто скатертью.

Затем линейкой или какой-нибудь палочкой ударь по выступающему концу открытки. Этот опыт труднее предыдущего, тут придется потренироваться. Но ты обязательно научишься ударять так быстро и так сильно, что открытка будет вылетать, а монета даже не шелохнется!

Еще один опыт, потруднее, тоже с монетой. Подними указательный палец левой руки и положи на него квадратик, вырезанный из открытки. А сверху положи тяжелую монету. Если ты дашь квадратику резкий щелчок, то вышибешь его, а монета останется у тебя на пальце!

В чем же секрет всех этих опытов? И монеты, и шашки, и шахматная доска в рассказанной мной истории — все они находились на месте, не двигались. Если бы их не трогали, они, конечно, всегда оставались бы в прежнем положении.

Потом мы приводим в движение скатерть, бумажку, нижнюю шашку в столбике. Казалось бы, это движение должно передаться монетам, шахматам, шашкам. Но если предметы легко скользят один по другому, а движение достаточно резкое, оно не успевает передаться. Верхние предметы остаются на месте!

Здесь проявляется общее свойство всех предметов, или тел, как говорят физики. Всякое тело стремится сохранять состояние покоя. Вот это свойство тел и называют инерцией.