Новый физический фейерверк

Когда вырезаешь стамеской узор на дереве или мягком камне, какую колотушку выбрать — деревянную или стальную? А если нужно вытесать что-то из более твердого камня, например гранита? Почему забивать гвоздь в дерево лучше стальным молотком, а не деревянным?

ОТВЕТ • Если материал мягкий и требуется лишь небольшое усилие, чтобы стамеска вошла в него, желательно передать ей как можно больше энергии. В этом случае деревянная колотушка подходит лучше (удар колотушкой — неупругий). Хотя она воздействует на стамеску, а следовательно, и на материал, со сравнительно небольшой силой, зато передает большую часть энергии. Если же материал более твердый, прорубить его труднее, и для этого потребуется большая сила. Стальной молоток для этой цели подойдет лучше — он воздействует на стамеску с большей силой, так как его масса больше и он отскакивает от стамески. Удар стального молотка по стамеске упругий, что означает, что ей от него передается мало энергии — большая часть остается в молотке.

И для забивания гвоздей, конечно, выбирают стальной молоток. Если ударить по гвоздю деревянной колотушкой, то, когда она коснется шляпки гвоздя, ее поверхность деформируется, на что уйдет часть ее же энергии.

1.170. Клапан скороварки

Обычная скороварка представляет собой кастрюлю с герметично закрывающейся крышкой. В крышке имеется рабочий клапан — трубка со свободно закрепленным цилиндром, на боку у которого три отверстия разного диаметра. Чтобы установить в скороварке требуемое давление, выбираем на цилиндре соответствующее отверстие. Как все это работает — ведь вес цилиндра не меняется от того, какое отверстие мы выбираем?

ОТВЕТ • Пар, образовавшийся в кастрюле, с силой давит вверх — в противоположном весу цилиндра направлении. Давление, которое поддерживается в скороварке, примерно равно давлению, необходимому для открытия клапана. Когда давление в скороварке слишком велико, оно поднимает цилиндр и лишний пар выходит через отверстие, так что давление в скороварке возвращается к желаемому уровню. Если вы выбрали отверстие большого диаметра, вес цилиндра распределяется по большей площади сечения, поэтому давление, необходимое для того, чтобы цилиндр поднялся и началось стравливание пара, меньше. Отверстие небольшого диаметра обеспечивает большее давление в скороварке.

1.171. Скольжение линейки по пальцам

Поместите концы линейки на свои указательные пальцы, положенные на край стола. Начните одновременно сдвигать пальцы друг к другу. Равномерно ли движутся пальцы? Нет, под линейкой скользит то один палец, то другой, и пока пальцы не сойдутся в ее середине, они будут чередоваться несколько раз. Почему?

ОТВЕТ • Исходные условия на концах линейки кажутся одинаковыми, хотя на самом деле это не так. Неизбежно вы двигаете одним, скажем правым, пальцем сильнее, преодолевая трение покоя между ним и линейкой, так что он первым начинает скользить под линейкой. Теперь уже трение, сопротивление которого ему приходится преодолевать, — трение скольжения, и оно меньше, чем трение покоя между линейкой и левым пальцем. Но по мере того, как правый палец движется к середине, вес той части линейки, которая остается за ним, увеличивается, следовательно, растут давление на палец и сила трения скольжения, пока она не начнет превосходить силу трения покоя, действующую на левый палец. Тогда правый палец останавливается, и начинает скользить левый палец. Но вскоре за левым пальцем остается такой большой вес, что он останавливается, и опять начинает двигаться правый палец. Эти циклы повторяются до тех пор, пока пальцы не встретятся где-то на середине линейки[23].

1.172. Короткая история. Неудавшийся рекорд по перетягиванию каната

Харрисбург, Пенсильвания, 13 июня 1978 года. Школьники и преподаватели решили установить мировой рекорд по перетягиванию каната. Участвовали около 2200 человек. Тянули плетеный нейлоновый канат длиной 600 м, способный выдержать нагрузку 57 000 Н (5800 кг). Однако вскоре после начала соревнования веревка лопнула. Стоявшие впереди, ближе к середине каната, ослабили хватку, но стоявшие сзади продолжали тянуть, и канат быстро проскользнул через руки некоторых ребят. Четверо из них получили серьезные травмы пальцев.

1.173. Стрельба вдоль склона

Предположим, вы настроили прицел снайперской винтовки на определенное расстояние в пределах дальности стрельбы. Допустим, вы находитесь на склоне и цель расположена выше или ниже именно на таком расстоянии от вас. Когда вы выстрелите по цели, не меняя настроек прицела, поразит ли пуля цель, пролетит ли она выше или ниже цели?