Занимательная физика. Книга 1

1-й прием: кошка, прижав задние лапки и вытянув передние, поворачивает заднюю половину на 35° в желательном направлении; при этом передняя половина сама собой повернется в обратном направлении на меньший угол, – скажем, на 25°.

2-й прием: кошка, вытянув задние лапки и прижав передние, поворачивает переднюю половину в желательном направлении на 35°; тогда задняя половина сама повернется обратно на 25°.

В результате обе половины оказываются повернутыми в желательном направлении на 10°; все тело животного снова приведено в прежнее состояние, но повернуто в пространстве на 10°. Теперь кошка, повторяя оба приема, может снова повернуться еще на 10°, и т. д.

Мы видим теперь, что «задача о падающей кошке» разрешается без всякого нарушения законов механики. Грациозный зверек заставил ученых глубже рассмотреть основы их науки и разрушил одно научное предубеждение, разделявшееся в течение целого столетия.

Глава IV Борьба с пространством

Как мы ходим? [13]

По законам механики, тело остается в равновесии, т. e. неподвижно, только тогда, когда перпендикуляр, проходящий через его центр тяжести, падает внутри плоскости, образуемой точками опоры, т. е. теми точками, на которых тело покоится на земле: плоскость эту называют основанием опоры.

Предположим, что человек стоит на одной ноге, например на правой. Вообразим себе, что он приподнимает пятку, наклоняя в то же время туловище вперед. При таком положении перпендикуляр центра тяжести, понятно, выйдет из площади основания опоры, и человек должен упасть вперед. Но едва начинается это падение, как левая нога его, остававшаяся в воздухе, мы видим, быстро подвигается вперед и становится на землю впереди перпендикуляра центра тяжести, так что последний, т. е. перпендикуляр, попадает в плоскость, образуемую линиями, которыми соединяются точки опоры обеих ног. Равновесие, таким образом, восстановляется; человек ступил, сделал шаг.

Он может и остановиться в этом довольно утомительном положении. Но если хочет идти далее, то наклоняет свое тело еще более вперед, снова переносит перпендикуляр центра тяжести за пределы плоскости основания опоры и, в момент угрожающего падения, снова выдвигает вперед ногу, но уже не левую, а правую, – новый шаг, и т. д. Ходьба поэтому есть не что иное, как ряд падений вперед, предупреждаемых вовремя подставленною опорою ноги, остававшейся до того позади.

Но рассмотрим дело несколько ближе. Предположим, что первый шаг сделан. В этот момент правая нога еще касается земли, а левая уже ступает на землю. Но если только шаг не очень короток, правая пятка должна была приподняться, так как именно это-то приподнятие пятки и позволяет телу наклониться вперед и нарушить равновесие. Левая нога ступает на землю прежде всего пяткою. Когда, вслед затем, вся подошва её становится на землю, правая нога поднимается совершенно на воздух. В то же самое время левая нога, несколько согнутая в колене, выпрямляется сокращением трехглавой бедренной мышцы и становится на мгновение вертикальной. Это позволяет полусогнутой правой ноге продвинуться вперед, не касаясь земли, и, следуя за движением тела, поставить на землю свою пятку как раз вовремя для следующего шага.

Подобный же ряд движений начинается затем для левой ноги, которая в это время опирается на землю только пальцами и вскоре должна подняться на воздух.

Беганье отличается от ходьбы тем, что нога, стоящая на земле, внезапным сокращением её мышц энергично вытягивается и отбрасывает тело вперед, так что последнее на одно мгновение совсем отделяется от земли. Затем оно снова падает на землю на другую ногу, которая, пока тело было на воздухе, быстро передвинулась вперед. Таким образом, беганье состоит из ряда скачков с одной ноги на другую.

Надо ли с конки [14] прыгать вперед?

Попробуйте кому-нибудь задать вопрос: «почему с конки надо прыгать вперед?» Он без запинки ответит вам: «Вполне понятно: по закону инерции!» Однако вы не удовлетворяйтесь этим и попросите подробнее объяснить, причем тут закон инерции. Произойдет довольно любопытная и неожиданная вещь: ваш собеседник начнет бойко и уверенно доказывать свою мысль, – но если вы не будете его перебивать, он очень скоро сам остановится в недоумении: выйдет, что именно вследствие инерции-то и надо прыгать… назад!

На самом деле закон инерции играет здесь лишь второстепенную роль, главная же причина совсем другая. И если про эту главную причину забыть, то, действительно, как мы сейчас увидим, выйдет, что надо прыгать назад, а не вперед.