Бруно Донат
Физика в играх: увлекательные опыты и эксперименты
ПРЕДИСЛОВИЕ
Великое социалистическое строительство, развернувшееся в нашей стране, и огромный рост технической вооруженности Советского Союза оказывают большое влияние на подрастающее поколение. Наши дети глубоко интересуются техникой. Они сооружают разнообразнейшие модели самолетов, кораблей, паровых, электрических и других машин.
В основе техники лежат явления физики. Физика представляет обширнейшее поле и для детской самодеятельности. Но как раз в этой области до сих пор наблюдался зияющий пробел: не было ни одной книжки, описывающей опыты по физике на самодельных приборах.
Предлагаемая юным читателям «Физика в играх» призвана отчасти заполнить отмеченный пробел. Это не учебник физики. Б. Донат ставит себе задачей не столько научить физике, сколько увлечь этой интереснейшей наукой. Наиболее подходящим средством для этого он считает занимательный физический опыт, почти фокус, которым экспериментатор может развлекать и поражать своих товарищей.
В Германии, где книга впервые появилась более тридцати лет назад, молодежь встретила ее с большим интересом. Книга несколько раз переиздавалась. Появились ее переводы на другие языки, в том числе и на русский.
Но со времени последнего русского издания прошло уже более двенадцати лет, и книга даже на полках библиотек стала большой редкостью. Поэтому Детское издательство предприняло ее новое издание.
В основу настоящего издания положен текст немецкого издания 1922 года. Он был переработан А. Абрамовым в сторону упрощения языка и большей ясности наложения. Кроме того, А. Абрамов заменил некоторые устаревшие конструкции новыми (змей, монгольфьер, «чертова петля», электромотор и др.). Все рисунки были заново перерисованы с целью придать им большую четкость и выразительность.
Можно надеяться, что новое русское издание «Физики в играх» Б. Доната принесет некоторую пользу юным читателям-экспериментаторам.
О. Дрожжин
Глава первая
ОПЫТЫ ПО МЕХАНИКЕ
Рубль на листке бумаги. Положите на край стола открытку так, чтобы две трети ее выступали, а на открытку у самого края поставьте на ребро серебряный рубль или пятак (рис. 1). Конечно, это место стола не должно быть покрыто скатертью и стол должен быть ровный, а то монета будет падать или скатываться. Возьмите затем линейку или какую-нибудь палочку и быстро ударьте по свешивающемуся концу открытки. Если удар будет сильный и быстрый, рубль не шелохнется, а открытка вылетит из-под него и упадет на пол.
Рис. 1
В этом опыте проявляется действие инерции. Всякое тело, находящееся в покое, само по себе не может прийти в движение: оно могло бы вечно лежать или висеть неподвижно. Поэтому говорят, что всякое покоящееся тело стремится вечно сохранять состояние покоя. Это свойство тел и называют инерцией.
В нашем опыте монета находится в покое. Удар по открытке приводит открытку в быстрое движение. Но связь между открыткой и монетой (в виде трения) так незначительна, что за короткое время удара движение открытки не может передаться монете, которая стремится сохранять состояние покоя.
Рис. 2
Шар на шнурке.
Если повесить (рис. 2) шар или гирю на очень тонком шнурке А, а снизу укрепить другой такой же шнурок Б и медленно потянуть его вниз, то оборвется верхний шнурок, на котором висит шар. Это понятно: к верхнему шнурку приложены и тяга руки, и вес шара. Но можно при желании разорвать не верхний шнурок, а нижний. Если, немного приподняв конец нижнего шнурка, затем быстро и сильно дернуть его вниз, то оборвется именно он, а не верхний. Почему это произойдет? Чтобы сообщить шару большую скорость в короткое время, нужна сила больше той, какую способен выдержать нижний шнурок. Шар вследствие инерции не успевает сдвинуться с места или сдвигается на такое маленькое расстояние, что верхний шнурок только чуть вытягивается и не успевает порваться. Итак, быстро дергая или медленно натягивая, мы можем по желанию обрывать верхний или нижний шнурок.
Как сломать палку, висящую на петлях из папиросной бумаги. Еще интереснее следующий опыт.
Достаньте тонкую сухую палочку длиной примерно в один метр. Склейте две петли из полосок папиросной бумаги и попросите двух товарищей подержать по столовому ножу лезвиями вверх, чтобы на них можно было повесить бумажные петли. В эти петли вложите концы палки (рис. 3).
Теперь возьмите тяжелую палку и как можно сильнее ударьте по середине висящей палки. Действие получится удивительное: папиросная бумага останется цела несмотря на то, что она непрочна и висит на лезвиях ножей, а крепкая палка будет сломана. Можно так напрактиковаться, что этот опыт будет удаваться даже с петлями из волоса.
Рис. 3
Перелом палки — тоже проявление инерции покоящегося тела. На свойстве инерции основан и следующий старинный цирковой номер.
Между двумя стульями, опираясь на их спинки только ногами и затылком, лежит человек. На груди его помещается большой кусок железа, который служит наковальней. На наковальне сильными ударами молота разбивают камни. Людям, не знакомым с инерцией, этот номер кажется удивительным.
Каким образом человек без всякого вреда для себя может переносить такие удары? На самом же деле все объясняется очень просто. Наковальня при сильных (но обязательно коротких) ударах молота не успевает прийти в движение и остается в покое. Кроме того, корпус висящего человека пружинит, подстилка под наковальней мягкая, да и камень, положенный на наковальню, тоже ослабляет силу удара. Оказывается, в этом поразительном явлении нет ничего таинственного.
О центробежной силе. Привяжите к шнурку камень и начните вращать его. Чем быстрее вы будете вращать камень, тем сильнее натянется шнурок. Выпустите шнурок из рук, и камень улетит далеко в сторону.
В этом явлении обнаруживается инерция движущегося тела. Если ударом ноги мы покатим по земле футбольный мяч, то, преодолев десяток-другой метров, он остановится. Более сильный удар заставит его преодолеть большее расстояние. Но шар все же остановится. Если поле будет ровнее, шар преодолеет еще дальше. По асфальту шар покатится совсем далеко. Но рано или поздно все же остановится. Почему? Потому что катиться шару мешают разные препятствия — шероховатости почвы или асфальта, сопротивление воздуха.
В идеальном случае — при полном отсутствии всяких сопротивлений — шар двигался бы без конца по прямой линии с одной и той же скоростью.
Так двигалось бы и всякое иное тело, не встречая сопротивления и не подвергаясь влиянию
