Юный техник, 2006 № 10

Если бы удалось построить ледяную или снежную гору в форме циклоиды, получился бы замечательный аттракцион. Любые двое санок, одновременно стартующих с разной высоты, спустятся вниз одновременно. Иными словами, под действием силы тяжести они будут проходить разные пути за одно и то же время.

Пока такой горы нет. Она должна иметь высоту 10–15 м и длину около 40 м; во дворе такую не соорудить. Однако гору в форме циклоиды мог бы построить какой-нибудь Луна-парк. Это привлекло бы немало посетителей.

Как продемонстрировать удивительные свойства циклоиды в классе?

В школах города Глазова с некоторых пор можно увидеть приставку к кодоскопу, при помощи которой все особенности циклоиды можно рассмотреть воочию. Здесь по крохотной циклоиде шарики катятся столь медленно, будто земное ускорение уменьшилось во много раз.

Приставка представляет собой несколько направляющих трафаретов из оргстекла толщиной 2–4 мм, уложенных друг на друга (рис. 3).

Сверху расположены трафареты двух одинаковых циклоид, а под ними прямая или слегка выгнутая линейка, которую можно поворачивать на оси. Если поставить приставку на кодоскоп, то все, что происходит, станет видно на экране всему классу.

Можно поставить шарики на верхнюю точку прямой и циклоиды, после чего одновременно отпустить их без толчка. Будет видно, что шарик, движущийся по циклоиде, уверенно обгоняет шарик, движущийся по прямой.

Можно поставить шарики в разных точках циклоидных направляющих и одновременно отпустить. Будет отчетливо видно, как шарики одновременно проскочат нижнюю точку траектории. Проскочив ее по инерции, каждый из них одновременно достигнет верхней точки своей траектории, а потом двинется обратно. Так шарики будут совершать колебания со строго одинаковыми периодами, но разными амплитудами.

Этот прибор создан замечательными физиками-экспериментаторами Р.В. и В.В. Майерами, к работам которых неоднократно обращался «Юный техник». Подробнее информацию о приборе можно получить в описании патента № 2029990 C1, МКИ GО9B 23/06.

Как удалось авторам замедлить движение шариков?

Удивительно просто: прибор выставляют под углом 5-10° к горизонту, и, как следует из разложения сил на наклонной плоскости, появляется реакция опоры, вектор который направлен вверх.

Возьмите на заметку: этот простой прием за триста лет изучения циклоиды не нашел ни один великий физик!

А. ИЛЬИН

ПОЛИГОН Бывают разные волчки

Вы прекрасно знаете и сами: пока волчок неподвижен, поставить его на острый конец оси невозможно. Но стоит заставить его вращаться, и он устойчиво стоит на том же самом остром конце оси. Вы можете на него подуть или слегка щелкнуть, но он лишь покачнется. В чем секрет его устойчивости?

Обод волчка находится в движении. Это позволяет сравнивать поведение волчка с поведением любого другого движущегося тела. Если ударить, например, по летящему камню, он довольно резко изменит свою траекторию. Но если такой же удар нанести летящей пуле, то из-за большой скорости форма ее траектории изменится незначительно.

То же самое происходит и при ударе по ободу вращающегося волчка. Небольшая скорость удара складывается с большой скоростью обода и лишь незначительно изменяет ее направление. При этом так же незначительно изменяется и положение оси вращения.

Известно и несколько иное объяснение устойчивости волчка. Допустим, какая-то частица, находящаяся на его ободе слева, получила толчок и «полетела» вниз по инерции. Ось при этом наклонилась влево. В следующее мгновение, благодаря вращению, она окажется справа. Но импульс частицы на ободе по-прежнему направлен вниз, и теперь он наклоняет ось вправо. Таким образом, благодаря вращению, внешний удар, по крайней мере, частично устранил свои последствия.

Эти объяснения не противоречат друг другу. Из них, например, следует один и тот же вывод: при бесконечно большой скорости вращения изменить положение оси вращающегося тела может лишь бесконечно большая сила.

Разумеется, бесконечно быстрое вращение невозможно. Но и при обычных скоростях при попытке изменить направление оси вращения сила сопротивления большого волчка может составлять сотни тонн.

Этим давно уже пользуются, например, для успокоения качки кораблей. На них устанавливают массивные волчки (силовые гироскопы), концы осей которых проходят через мощные подшипники, закрепленные на корпусе корабля (рис. 2).