Здравствуй, физика!

Инерция — явление, которое встречается очень часто. Поэтому даже людей, которые «тяжелы на подъем», которых трудно привести в движение, называют инертными, то есть стремящимися к неподвижности. Именно это имела в виду моя мама, говоря об инерции шахматистов.

Еще несколько опытов с инерцией

Для начала — еще один опыт с монетой. От листа тетради отрежь полоску шириной в полтора сантиметра, склей из нее кольцо и поставь его вертикально на горлышко пустой бутылки из-под молока. Сверху положи гривенник так, чтобы он пришелся точно над отверстием.

Теперь введи внутрь кольца палку или линейку. Ударь по кольцу в горизонтальном направлении как можно более резко. Кольцо отлетит в сторону, а гривенник… Останется на месте? Конечно, нет, он свалится в бутылку.

И все-таки это инерция: ведь гривенник не улетел вместе с кольцом. А что упал вниз, тут уж ничего не поделаешь. Гривенники не умеют парить в воздухе.

Интересный опыт можно сделать с домино. Только косточки должны быть из пластмассы: деревянные недостаточно скользят.

Поставь две косточки домино «на попа» и накрой их сверху еще одной, чтобы получились ворота.

На верхнюю косточку положи еще одну, а сверху построй вторые воротца.

При достаточной ловкости ты сможешь выбить первую косточку, прикрывающую нижние ворота, не развалив всю постройку.

Рассмотри внимательно рисунок.

Перед всем сооружением положена на ребро АБ еще одна кость. Просунув палец в нижние ворота и нажав им на угол Д, можно заставить эту кость быстро приподняться так, чтобы ее край АБ занял положение АВ. Тогда угол Г ударит по нижней косточке, прикрывающей ворота. Если удар будет достаточно резким и сильным, косточка вылетит в направлении стрелки Е, а верхний этаж постройки опустится, не развалившись!

Ты уже выбивал открытку из-под монеты. Достаточно сильным щелчком можно выбить ее и из-под куриного яйца. Положи открытку на стакан, до половины налитый водой, а сверху положи колечко от ключей и поставь на него яйцо.

Щелчок — и яйцо в стакане!

Я не сомневаюсь в твоей ловкости. Но все же лучше возьми яйцо не сырое, а сваренное вкрутую.

Раз — и готово!

Очень красивый опыт можно сделать с сухой палкой. Правда, он не получается сразу и требует некоторой тренировки.

Подбери тонкую, сухую палку длиной около одного метра. Склей из бумаги два кольца. Попроси двух товарищей подержать эти кольца на лезвиях столовых ножей, как показано на рисунке. В кольца вложи концы палки.

Теперь возьми другую палку, потяжелее, и ударь ею по середине висящей палки. Не бойся повредить бумажные кольца. Они тем вернее останутся целы, чем сильнее ты ударишь. Ножи не разрежут бумагу, а висящая палка будет сломана!

Можно так напрактиковаться, что этот опыт будет удаваться с кольцами не из простой бумаги, а из папиросной и даже с петлями из волоса!

Причина все та же — инерция. Висящая палка стремится сохранить состояние покоя. А толчок при достаточно резком ударе не успевает распространиться. Палка переламывается раньше, чем сотрясение дойдет до ее концов.

Приключение на эскалаторе

Ты, конечно, знаешь, что такое эскалатор. Это движущаяся лестница. Эскалаторы устраивают на станциях метро и в больших магазинах. Ими ежедневно пользуются миллионы людей. Эскалатор удобен, надежен, безопасен. И все же…

Рассказывают, что произошел однажды такой случай. Один ротозей спускался на эскалаторе, держа в руках корыто. Держал он это корыто, держал и уронил. Корыто понеслось вниз, словно санки с горы. Набрало скорость и ударило под коленки толстяка с покупками. Толстяк рухнул как подкошенный. Куда рухнул? Да в корыто, конечно!

Он упал в корыто, словно гривенник в бутылку, словно крутое яйцо в стакан с водой. И виновата в этом была инерция. Ведь если бы толстяк не стремился сохранить состояние покоя, он пришел бы в движение мгновенно и покатился бы не в корыте, а впереди него.

Но инерция сделала свое дело. И бедный толстяк, беспомощно размахивая руками и ногами, с громом промчался по ступенькам и распугал всех пассажиров. А когда эскалатор кончился, корыто с визгом и скрежетом проехало еще несколько метров по гранитным плитам пола. И только после этого толстяка вынули из корыта, словно младенца из колыбели…

Я не знаю, случилась ли эта история в действительности. Слишком уж она смешная. Но если бы случилась, ' все было бы именно так. Все до самого конца — до торжественного выезда толстяка в корыте с эскалатора. Ведь здесь произошло примерно то же, что происходит с тобой в автобусе, когда он резко тормозит. Движение автобуса прекращается, как прекратилось движение эскалатора, ушедшего под пол. А ты еще продолжаешь двигаться, ты летишь вперед, словно толстяк в корыте!

Что это — инерция? Да, это тоже инерция. Только не инерция покоя, а инерция движения. Оказывается, тело стремится сохранять состояние покоя лишь в том случае, если оно уже находится в покое. Но если тело движется, тогда оно стремится продолжать свое движение.

Чтобы лучше в этом разобраться, сделай опыт. Конечно, я понимаю, что тебе очень бы хотелось повторить опыт с корытом и эскалатором. Жаль, что эскалатор нельзя устроить дома. Ну ничего. Мы с тобой соорудим другую интересную вещь: катапульту. Но ты, может быть, не очень хорошо знаешь, что такое катапульта? Тогда сначала прогуляемся в прошлое. Недалеко, всего на каких-нибудь два тысячелетия!

Гроза старинных крепостей

Итак, мы в прошлом. Смотри-ка, здесь воюют! Войско древних римлян осаждает город.

Вот римские легионеры бросаются на приступ. Но город не зря называется городом. Он действительно огорожен, обнесен оградой — частоколом из толстенных бревен. По углам — грозные башни. Тяжелые ворота в башнях заперты, заложены могучими засовами.

Горожане защищаются отчаянно. Кому охота попасть в рабство?

Летят градом стрелы, сверкают мечи и копья, свистят тяжелые палицы. Со стен льется кипяток, падают каменные глыбы…

Приступ отбит. Легионеры отступают. Но гляди-ка, что это они тащат? Там, куда не долетают стрелы горожан, римляне устанавливают какое-то громоздкое деревянное сооружение. Это не пушка. Да пушки еще и не изобретены. Это катапульта. Упавшие духом горожане видят раму из толстых брусьев. Над ней торчит вверх сооружение, напоминающее букву «П». Ножки у «П» толстенные да еще подперты прочными подкосами. А могучая перекладина обмотана чем-то мягким.

Под буквой «П», между брусьями рамы, натянут толстый жгут из бычьих сухожилий. А в самую середину этого жгута вставлена концом… ложка? Да, ложка! Только она разве что сказочному великану пришлась бы по руке. Эта ложечка больше человека!

Рассмотри внимательно наш рисунок. Видишь, к ручке ложки привязан канат? Он наматывается на ворот, который крутят два воина. Сначала дело идет легко. Но чем ниже склоняется ложка, тем больше ее конец закручивает жгут из сухожилий. Сухожилия натягиваются, как струны. Воины тяжело дышат. Ворот едва подается их усилиям. Он скрипит, скрежещет. Но вот наконец ложка легла почти горизонтально. Воины катят бочонок со смолой, ставят его в ложку, выбивают дно и поджигают.

Смола вспыхивает чадным пламенем.

Раздается отрывистая команда.

И ложка, мгновенно освобожденная от каната, резко поднимается. Страшный удар о перекладину… Катапульта содрогается и подпрыгивает… И вот уже бочонок летит, роняя огненные струи горящей смолы. Перемахнув через стену, он падает на крышу деревянного домишки. В городе вспыхивает пожар!

Горожане бросаются тушить, а римляне готовят катапульту к следующему выстрелу. Дело это не простое. Пока установишь катапульту, наделишь ее в нужное место, пока взведешь ложку да пока зарядишь, пройдет не меньше четверти часа. А самые большие катапульты и по часу готовят к выстрелу.

Но вот новый удар сотрясает воздух, и новый бочонок летит, пылая, в осажденный город. Еще, еще… А когда в городе вспыхивает несколько пожаров, римляне начинают заряжать катапульту каменными глыбами.

Двухпудовая глыба, описав в воздухе дугу, с грохотом и треском врезается в городскую стену. Тр-рах! Толстенные бревна ломаются, как прутики. Только щепки летят! Тучей вьется пыль. Осажденные суетятся, тащат к бреши камни, мешки, корзины с землей. А римляне готовят катапульту к новому выстрелу.

Может быть, они и не попадут сразу в то же самое место. Катапульта стреляет неточно. Но рано или поздно в стене образуется большой пролом, и тогда римляне, размахивая мечами, кинутся на последний, победный приступ…

Так действовала катапульта — гроза древних крепостей, чудо военной техники первого тысячелетия до нашей эры. Изобрели ее, видимо, ассирийцы, усовершенствовали древние греки и римляне. Потом придумали другую машину — баллисту. Она могла бросать не только камни и бочки, но и тяжелые стрелы и даже бревна, окованные железом. Такое бревно, длиной до трех с половиной метров, пробивало четыре ряда плотного частокола!

Катапульта из кастрюли и ложки

Простейшую модель катапульты ты можешь соорудить на кухне. Одна из главных частей — ложка. Лучше всего, если есть деревянная. Она, кстати, и видом больше похожа на ложку настоящей катапульты. Ложка из нержавеющей стали тоже годится. А вот алюминиевая не подойдет: она согнется. И поварешку брать не стоит: ее тоже можно согнуть. Станину катапульты заменит небольшая кастрюля.

Вместо жгута из бычьих сухожилий придется приспособить резиновое кольцо. Очень подходящие кольца прилагаются к стеклянным крышкам для домашнего консервирования. Такое кольцо можно взять на время, от нашего опыта оно не испортится.

Покупные консервы в стеклянных банках тоже имеют резиновую прокладку в виде кольца. Это кольцо можно аккуратно вынуть из металлической крышки, когда банка открыта. Правда, с ним катапульта получится слабенькая. Если есть старая велосипедная, мотоциклетная или автомобильная камера, можно отрезать колечко от нее. Наконец, годится и круглая резиновая подвязка.

Кольцо пропусти под одной из ручек кастрюльки и сложи пополам. Получатся две петли. Продень в них ручку ложки и упри ее концом в угол между дном и стенкой кастрюли. На рисунке видно, как это сделать.

Положи кастрюлю на стол так, чтобы она опиралась свободной ручкой и краем дна. В ложку заложи снаряд: мячик от настольного тенниса, небольшую картофелину, спичечный коробок.

Теперь можно стрелять. Оттяни ложку вниз и отпусти ее. Трах! Ложка, притягиваемая резинкой, подскочит вверх и ударится о край кастрюли. Снаряд вылетит и опишет в воздухе красивую дугу Может быть, вылетит и ложка. Но она не улетит так далеко.

Почему же полетел наш снаряд? Как и в настоящей катапульте, он сначала двигался вместе с ложкой. Но ложка ударилась о преграду и остановилась. А на пути снаряда преграды нет. И он продолжает двигаться по инерции, он летит, покинув катапульту!

Кстати сказать, в последние годы катапульта снова нашла применение в военном деле. С ее помощью запускают самолеты с палуб авианосцев и других кораблей, где не хватает места для обычного разбега. И на реактивных самолетах пользуются катапультой, чтобы в случае аварии выбросить в воздух летчика с парашютом. Сам он при такой скорости выскочить не может: слишком велико сопротивление воздуха.

Конечно, устройство современных катапульт совсем другое. Но принцип тот же: инерция движения.

Шесть вопросов

Хорошо ли ты понял, что такое инерция движения? Если понял, ответь на вопросы:

Почему брошенный мячик продолжает лететь вверх уже после того, как ты выпустил его из руки?

Почему лыжник, докатившись до конца трамплина, не падает вертикально вниз, а описывает в воздухе длинную пологую дугу?

Почему бегун, споткнувшись, падает вперед, а не назад?

Почему шофер, увидев шалуна, перебегающего через улицу, не может остановить машину сразу?

Почему переламывается прутик, если стегнуть им по бревну? И почему отломившийся конец прутика продолжает лететь по направлению движения?

Почему пуля, вылетев из ствола винтовки, продолжает лететь вперед, хотя на нее уже не давят сзади пороховые газы?

Глава пятая. КОГДА СВОРАЧИВАЮТ В СТОРОНУ

Сначала немного о футболе

Удар! Точно пущенный мяч летит под самую верхнюю штангу. Но вратарь прыгает — и мяч, скользнув по его поднятым рукам, отклоняется вверх и уходит на угловой.

Ворота спасены! Болельщики неистовствуют. И, конечно, никто из них в эту минуту не думает о физике. Не думает о том, что здесь произошло с точки зрения этой науки.

Болельщики не думают, а мы с тобой давай подумаем. Что случилось на поле?

Мяч — назовем его для научности телом — летел в ворота. Летел он, конечно, не как-нибудь, а по инерции, отделившись от ноги нападающего. Летел, как ядро из пушки, как стрела из лука, как камень из катапульты, — словом, летел прямо. И все бы крайне удивились, если бы мяч, то есть тело, начал бы вдруг на лету выписывать зигзаги и петли, делать повороты и в результате такого несолидного своего поведения ни с того ни с сего пролетел бы мимо ворот.

Но никто не удивился, когда мяч отклонился от своего пути, натолкнувшись на руки вратаря. Тут была причина. Вратарь сделал определенное усилие, чтобы отклонить мяч. Он столкнул, свернул его с прямого пути, И ворота были спасены!

Вода не выливается из бутылки

Если налить воду в бутылку с широким горлышком, скажем в молочную, и бутылку, перевернуть вверх дном, что произойдет?

Тут и опыта никакого не надо: вода выльется, и очень быстро!

Ну, а нельзя ли все-таки перевернуть бутылку так, чтобы вода из открытого горлышка не выливалась?

Давай попробуем. Только не в комнате, выйдем лучше во двор. Для нашего опыта нужно много места. Ведь мы не просто станем переворачивать бутылку, а поставим ее в хозяйственную сетку, с которой ходят за покупками.

Постепенно раскачай бутылку в сетке и — раз! Бутылка делает полный оборот… второй… третий… десятый… И каждый раз она переворачивается дном вверх, а горлышком книзу. Но ни одна капля воды не выливается! Почему? Что произошло с водой? Может быть, тут виновато вращение?

Вода выливается вверх

Теперь вместо бутылки возьми пустую консервную банку. В ней легко пробивать дырки гвоздем. И если у, тебя нет подходящей сетки, можешь пробить две дырки у верхнего края банки, пропустить в них концы веревки и завязать толстыми узлами, чтобы не вырвались. А за середину веревки вертеть. Можешь для проверки повторить предыдущий опыт с этой банкой, налив ее примерно на две трети. Вода и здесь не будет выливаться при вращении.

Ну, а теперь пробей в дне банки маленькую дырочку. Пробил? Наливай воды и раскручивай. Оборот… два… три… Из дырочки в дне бьет струя воды. Бьет вниз — это понятно. Бьет вбок… Это уже странно. Бьет вверх! Прямо вверх, каждый раз, как банка окажется наверху!

Отчего же так странно ведет себя вода в этой вращающейся по кругу банке? Почему из настежь открытой верхней части не выливается ни капли, а из маленькой дырочки в дне бьет фонтан?

Ты, верно, уже понимаешь, что все дело именно во вращении. Ведь из неподвижной банки вода вверх не бьет ни через верхнюю часть, ни через дырочку. А как только ты начинаешь банку раскручивать, вода словно стремится убежать от центра, вокруг которого происходит вращение.