Ya. I. Perelman
Fizikia ya kufurahisha
KUTOKA KWA MHARIRI
Toleo lililopendekezwa la "Fizikia ya Burudani" kimsingi hurudia yale yaliyotangulia. Ya. I. Perelman alifanya kazi kwenye kitabu kwa miaka mingi, akiboresha maandishi na kuongezea, na kwa mara ya mwisho wakati wa maisha ya mwandishi kitabu kilichapishwa mwaka wa 1936 (toleo la kumi na tatu). Wakati wa kutoa matoleo yaliyofuata, wahariri hawakuweka kama lengo lao marekebisho makubwa ya maandishi au nyongeza muhimu: mwandishi alichagua maudhui kuu ya "Fizikia ya Burudani" kwa njia ambayo, wakati akionyesha na kuimarisha maelezo ya msingi kutoka kwa fizikia, haijapitwa na wakati hadi leo. Kwa kuongezea, muda mwingi umepita tangu 1936 kwamba hamu ya kutafakari mafanikio ya hivi karibuni katika fizikia ingesababisha ongezeko kubwa la kitabu na mabadiliko katika "uso" wake. Kwa mfano, maandishi ya mwandishi juu ya kanuni za kukimbia kwa anga haijapitwa na wakati, na tayari kuna nyenzo nyingi za kweli katika eneo hili kwamba mtu anaweza tu kuelekeza msomaji kwa vitabu vingine vilivyotolewa kwa mada hii. Matoleo ya kumi na nne na kumi na tano (1947 na 1949) yalichapishwa chini ya uhariri wa Prof. A. B. Mlodzeevsky. Profesa Mshiriki alishiriki katika utayarishaji wa toleo la kumi na sita (1959-1960). V. A. Ugarov. Wakati wa kuhariri machapisho yote yaliyochapishwa bila mwandishi, takwimu zilizopitwa na wakati zilibadilishwa tu, miradi ambayo haikujitetea iliondolewa, na nyongeza na maelezo ya mtu binafsi yalifanywa.
Kitabu hiki ni mkusanyo unaojitegemea ambao si mwendelezo wa moja kwa moja wa kitabu cha kwanza cha Fizikia ya Burudani. Mafanikio ya mkusanyo wa kwanza yalimsukuma mwandishi kuchakata nyenzo zingine alizokusanya, na kwa hivyo kitabu hiki cha pili, au tuseme kitabu kingine, kinachoshughulikia idara zile zile za fizikia, kilikusanywa.
Katika kitabu kilichopendekezwa, kama katika kitabu cha kwanza, mkusanyaji hajitahidi sana kutoa maarifa mapya kama kufufua na kuburudisha habari rahisi zaidi juu ya fizikia ambayo msomaji tayari anayo. Madhumuni ya kitabu hiki ni kuchochea shughuli za mawazo ya kisayansi, kufundisha mtu kufikiri katika roho ya fizikia na kuendeleza tabia ya matumizi ya ujuzi wa mtu. Kwa hiyo, katika "Fizikia ya Burudani" maelezo ya majaribio ya kuvutia yanapewa nafasi ya pili; Mafumbo ya kimwili, matatizo ya kuvutia, vitendawili vya kufundisha, maswali tata, ulinganisho usiotarajiwa kutoka kwa nyanja ya matukio ya kimwili, n.k. Hujitokeza mbele. Katika kutafuta nyenzo kama hizo, mkusanyaji hugeukia matukio mbalimbali ya maisha ya kila siku, kwenye uwanja wa teknolojia, kwa maumbile, kwa kurasa za kisayansi - riwaya za hadithi za kisayansi - kwa neno moja, kwa kila kitu ambacho, kikiwa nje ya darasa la kiada na fizikia, kinaweza kuvutia usikivu wa msomaji anayedadisi.
Kwa kukusudia kitabu hicho sio cha kusoma, lakini kwa kusoma, mkusanyaji alijaribu, kadiri alivyoweza, kutoa uwekaji fomu ya kuvutia ya nje, kwa kuzingatia ukweli kwamba kupendezwa na somo huongeza umakini, huongeza kazi ya mawazo na, kwa hivyo. , huchangia unyambulishaji wa ufahamu zaidi. Ili kufufua riba katika hesabu za kimwili, baadhi ya makala katika mkusanyiko huu yalianzisha nyenzo za kukokotoa (ambazo karibu hazijafanywa katika kitabu cha kwanza). Kwa ujumla, mkusanyiko huu wa uteuzi wa nyenzo umekusudiwa kwa msomaji aliyeandaliwa zaidi kuliko kitabu cha kwanza cha "Fizikia ya Burudani," ingawa tofauti katika suala hili kati ya vitabu vyote viwili ni ndogo sana kwamba vinaweza kusomwa kwa mpangilio wowote na bila kutegemea moja. kitabu cha tatu “ Fizikia ya Burudani haipo. Badala yake, mwandishi wake alikusanya vitabu vifuatavyo: "Entertaining Mechanics", "Je, Unajua Fizikia?" na, kwa kuongezea, kitabu tofauti kinachohusu elimu ya nyota: “Entertaining Astronomy.”
1936 Y. Perelman
Sura ya kwanza
SHERIA ZA MSINGI ZA MITAMBO
Njia ya bei nafuu ya kusafiri
Mwandishi mzuri wa Ufaransa wa karne ya 17, Cyrano de Bergerac, katika "Historia ya Majimbo kwenye Mwezi" (1652), anazungumza, kati ya mambo mengine, juu ya tukio la kushangaza kama hilo ambalo inadaiwa lilimtokea. Alipokuwa akijishughulisha na majaribio ya kimwili, wakati fulani alinyanyuliwa juu hewani bila kueleweka pamoja na chupa zake. Saa chache baadaye, alipofaulu kushuka tena chini, kwa mshangao, akajikuta hayuko tena katika nchi yake ya Ufaransa au hata Ulaya, bali katika bara la Amerika Kaskazini, Kanada! Mwandishi Mfaransa, hata hivyo, anaona safari yake isiyotarajiwa kuvuka Bahari ya Atlantiki ya asili kabisa. Anaifafanua kwa uhakika wa kwamba wakati msafiri asiyependa alitenganishwa na uso wa dunia, sayari yetu iliendelea kuzunguka kuelekea mashariki; ndiyo maana, alipozama, bara la Amerika lilikuwa chini ya miguu yake badala ya Ufaransa.
Inaonekana, ni njia ya bei nafuu na rahisi jinsi gani ya kusafiri! Mtu anapaswa tu kupanda juu ya Dunia na kukaa hewani kwa angalau dakika chache ili Kushuka mahali tofauti kabisa, mbali na Magharibi. Badala ya kufanya safari za kuchosha katika mabara na bahari, unaweza kuning'inia bila kusonga juu ya Dunia na kungoja hadi yenyewe impe msafiri marudio.
Kwa bahati mbaya, njia hii ya kushangaza sio kitu zaidi ya fantasy. Kwanza, baada ya kuinuka angani, sisi, kwa asili, bado hatujatenganishwa na ulimwengu: tunabaki kushikamana na ganda lake la gesi, likining'inia kwenye anga yake, ambayo pia inashiriki katika kuzunguka kwa Dunia kuzunguka mhimili wake. Hewa (au tuseme, tabaka zake za chini, zenye mnene) huzunguka na Dunia, ikibeba kila kitu kilicho ndani yake: mawingu, ndege, ndege wote wanaoruka, wadudu, nk. Ikiwa hewa haikushiriki katika mzunguko wa dunia. , basi, tukisimama Duniani, tungehisi upepo mkali kila wakati, kwa kulinganisha na ambayo kimbunga cha kutisha kingeonekana kama upepo mwanana). Baada ya yote, haifanyi tofauti yoyote ikiwa tunasimama na hewa inapita nyuma yetu, au, kinyume chake, hewa haina mwendo na tunahamia ndani yake; katika hali zote mbili tunahisi upepo mkali sawa. Mwendesha pikipiki anayetembea kwa kasi ya kilomita 100 kwa saa anahisi upepo mkali wa kichwa hata katika hali ya hewa tulivu kabisa.
Kielelezo 1. Je, inawezekana kuona jinsi dunia inavyozunguka kutoka kwenye puto? (Takwimu sio ya kupima.)
Hili ndilo jambo la kwanza. Pili, hata kama tungeweza kupanda hadi tabaka za juu zaidi za angahewa, au kama Dunia isingezungukwa na hewa hata kidogo, tusingeweza kuchukua fursa ya njia hiyo ya bei nafuu ya kusafiri ambayo mshenzi wa Ufaransa aliiwazia. Kwa kweli, kujitenga na uso wa Dunia inayozunguka, tunaendelea kusonga kwa inertia kwa kasi sawa, yaani, kwa kasi sawa na Dunia inavyosonga chini yetu. Tunaposhuka tena, tunajikuta katika sehemu ile ile ambayo tulitenganishwa hapo awali, kama vile, baada ya kuruka juu ya gari la moshi linalosonga, tunarudi mahali petu asili. Kweli, tutasonga kwa inertia kwa mstari wa moja kwa moja (tangentially), na Dunia chini yetu itahamia kwenye arc; lakini kwa muda mfupi hii haibadilishi mambo.
"Dunia, acha!"
Mwandishi maarufu wa Kiingereza Herbert Wells ana hadithi nzuri kuhusu jinsi karani fulani alivyofanya miujiza. Kijana mwenye nia nyembamba sana, kwa mapenzi ya hatima, aligeuka kuwa mmiliki wa zawadi ya kushangaza: mara tu alipoonyesha matakwa yoyote, ilitimizwa mara moja. Walakini, zawadi hiyo ya kumjaribu, kama ilivyotokea, haikuleta mmiliki wake au watu wengine chochote isipokuwa shida. Mwisho wa hadithi hii ni funzo kwetu.
Baada ya usiku wa muda mrefu wa kunywa pombe, karani wa miujiza, akiogopa kurudi nyumbani alfajiri, aliamua kutumia zawadi yake kurefusha usiku. Jinsi ya kufanya hivyo? Lazima tuagize mianga ya angani kuacha kukimbia kwao. Karani hakuamua mara moja juu ya jambo la kushangaza kama hilo, na rafiki yake alipomshauri kusimamisha Mwezi, alimtazama kwa uangalifu na kusema kwa uangalifu:
"- Inaonekana kwangu kuwa yuko mbali sana kwa hili ... Unafikiria nini?
Lakini kwa nini usijaribu? - alisisitiza Meydig (hilo lilikuwa jina la rafiki - Ya.P.). - Kwa kweli, haitaacha, utasimamisha tu mzunguko wa Dunia. Natumai hii haitaumiza mtu yeyote!
Hm, "alisema Fotheringay (karani - Ya.P.), "Sawa, nitajaribu." Vizuri…
Alisimama kwa pozi la kuamrisha, akanyoosha mikono yake juu ya ulimwengu na kusema kwa dhati:
Ardhi, acha! Acha kusota! Kabla hajapata wakati wa kumaliza maneno haya, marafiki walikuwa tayari wakiruka angani kwa kasi ya maili kadhaa kwa dakika.
Pamoja na hayo, aliendelea kuwaza. Chini ya sekunde moja alipata wakati wa kufikiria na kujielezea matakwa yafuatayo:
Chochote kitakachotokea, niwe hai na nisidhurike!
Haiwezekani kutokubali kwamba tamaa hii ilionyeshwa kwa wakati unaofaa. Sekunde chache zaidi - na akaanguka juu ya ardhi iliyochimbwa hivi karibuni, na karibu naye, bila kumletea madhara yoyote, mawe, vipande vya majengo, na vitu vya chuma vya aina mbalimbali vilikimbia; Ng'ombe fulani mwenye bahati mbaya pia alikuwa akiruka, akianguka wakati alipoanguka chini. Upepo ukavuma kwa nguvu ya kutisha; hakuweza hata kuinua kichwa chake kutazama huku na kule.
"Haieleweki," alisema kwa sauti iliyovunjika. - Nini kilitokea? Dhoruba, au nini? Lazima nimefanya kitu kibaya.
Alipotazama huku na huku kadiri upepo na mikia ya koti lake inavyoweza kumruhusu, aliendelea:
Kila kitu kinaonekana kuwa sawa angani. Huo ndio unakuja Mwezi. Naam, na kila kitu kingine ... Mji uko wapi? Nyumba na mitaa ziko wapi? Upepo ulitoka wapi? Sikuamuru upepo uwe.
Fotheringay alijaribu kusimama, lakini hii ilionekana kuwa haiwezekani kabisa, na kwa hivyo alisonga mbele kwa miguu minne, akishikilia miamba na kingo za ardhi. Walakini, hapakuwa na mahali pa kwenda, kwani, kwa kadiri mtu angeweza kuona kutoka chini ya mikia ya koti, iliyotupwa na upepo juu ya kichwa cha mchawi wa reptile, kila kitu kilichozunguka kilikuwa picha moja ya uharibifu.
Kitu fulani katika ulimwengu kimeharibika sana, alifikiri, na ni nini hasa haijulikani.
Kweli imeenda vibaya. Hakuna nyumba, hakuna miti, hakuna viumbe hai vya aina yoyote - hakuna kitu kilichoonekana. Magofu tu yasiyo na sura na vipande kadhaa vililala karibu, havionekani kabisa kati ya kimbunga kizima cha vumbi.
Mkosaji wa haya yote hakuelewa, bila shaka, nini kinaendelea. Na bado ilielezewa kwa urahisi sana. Baada ya kusimamisha Dunia mara moja, Fotheringay hakufikiria juu ya hali ya hewa, na bado, kwa kuacha ghafla katika mwendo wa mviringo, bila shaka ingetupa kila kitu juu yake kutoka kwenye uso wa Dunia. Ndio maana nyumba, watu, miti, wanyama - kwa ujumla, kila kitu ambacho hakikuunganishwa kwa usawa na misa kuu ya ulimwengu iliruka kwa kasi kwenye uso wake kwa kasi ya risasi. Na kisha yote yakaanguka duniani tena, yakivunjika vipande vipande.
Fotheringay aligundua kuwa muujiza aliokuwa ameufanya haukufaulu haswa. Kwa hiyo, alishindwa na kuchukizwa sana na kila aina ya miujiza, na akajiahidi kwamba hataifanya tena. Lakini kwanza ilikuwa ni lazima kurekebisha shida ambayo alikuwa amesababisha. Shida hii iligeuka kuwa sio ndogo. Dhoruba ilikuwa inavuma, mawingu ya vumbi yakafunika Mwezi, na kwa mbali sauti ya maji yanayokaribia ilisikika; Kwa mwanga wa radi, Fotheringhay aliona ukuta mzima wa maji ukisonga kwa kasi ya kutisha kuelekea mahali alipokuwa amelala. Akawa anaamua.
Acha! - alilia, akigeuka kwenye maji. - Sio hatua zaidi!
Kisha akarudia utaratibu uleule wa radi, umeme na upepo.
Kila kitu kilikuwa kimya. Akachuchumaa na kuwaza.
Je, hii haiwezije kusababisha aina fulani ya machafuko tena, alifikiri kisha akasema: “Kwanza, wakati kila kitu ninachoamuru sasa kitakapotimizwa, na nipoteze uwezo wa kufanya miujiza na kuwa sawa na watu wa kawaida.” Hakuna haja ya miujiza. Toy hatari sana. Na pili, kila kitu kiwe sawa: mji uleule, watu wale wale, nyumba zile zile, na mimi mwenyewe ni kama nilivyokuwa wakati huo.
Barua kutoka kwa ndege
Fikiria kuwa uko kwenye ndege inayoruka haraka ardhini. Chini ni maeneo yanayojulikana. Sasa utaruka juu ya nyumba ambayo rafiki yako anaishi. “Ingekuwa vyema kumtumia salamu,” huangaza akilini mwako. Unaandika haraka maneno machache kwenye karatasi ya daftari, funga barua hiyo kwa kitu kizito, ambacho baadaye tutakiita "mizigo," na, baada ya kungojea wakati nyumba iko chini yako, unaachilia shehena kutoka. mikono yako.
Unajiamini kikamilifu, bila shaka, kwamba mzigo utaanguka kwenye bustani ya nyumba. Walakini, inaanguka katika mwelekeo mbaya, ingawa bustani na nyumba ziko chini yako!
Kuitazama ikianguka kutoka kwa ndege, utaona jambo la kushangaza: uzito unashuka, lakini wakati huo huo unaendelea kubaki chini ya ndege, kana kwamba inateleza kwenye uzi usioonekana uliofungwa kwake. Na mzigo ukifika chini, utakuwa mbele sana kuliko mahali ulipopanga.
Sheria hiyo hiyo ya inertia inajidhihirisha hapa, ambayo inakuzuia kuchukua faida ya ushauri unaojaribu kusafiri kwa njia ya Bergerac. Wakati mzigo ukiwa ndani ya ndege, ilisogea na gari. Ukamwacha aende zake. Lakini, baada ya kujitenga na ndege na kuanguka chini, mizigo haina kupoteza kasi yake ya awali, lakini, wakati wa kuanguka, inaendelea wakati huo huo kuhamia hewa katika mwelekeo huo huo. Harakati zote mbili, za wima na za usawa, huongeza, na kwa sababu hiyo, mzigo huruka chini ya mstari uliopindika, ukisalia chini ya ndege wakati wote (isipokuwa, kwa kweli, ndege yenyewe inabadilisha mwelekeo au kasi ya kukimbia). Mzigo unaruka, kwa asili, kwa njia sawa na nzizi za mwili zilizopigwa kwa usawa, kwa mfano risasi iliyopigwa kutoka kwenye bunduki iliyoelekezwa kwa usawa: mwili unaelezea njia ya arcuate, hatimaye kuishia chini.
Kumbuka kwamba kila kitu kilichosemwa hapa kitakuwa kweli kabisa ikiwa hakukuwa na upinzani wa hewa. Kwa kweli, upinzani huu unapunguza kasi ya harakati ya wima na ya usawa ya mizigo, kama matokeo ambayo mizigo haibaki moja kwa moja chini ya ndege wakati wote, lakini inakaa nyuma yake.
Kupotoka kutoka kwa bomba kunaweza kuwa muhimu sana ikiwa ndege inaruka juu na kwa kasi kubwa. Katika hali ya hewa ya utulivu, mzigo unaoanguka kutoka kwa ndege inayoruka kwa kasi ya kilomita 100 kwa saa kwa urefu wa m 1000 utaanguka mita 400 mbele ya mahali pa uongo chini ya ndege (Mchoro 2).
Hesabu (ikiwa tunapuuza upinzani wa hewa) ni rahisi. Kutoka kwa fomula ya njia yenye mwendo ulioharakishwa kwa usawa
tutapata hiyo
Hii ina maana kwamba kutoka urefu wa 1000 m jiwe lazima kuanguka ndani
yaani sekunde 14.
Wakati huu, atakuwa na wakati wa kusonga kwa usawa
Mabomu
Baada ya kile kilichosemwa, inakuwa wazi jinsi kazi ya rubani wa kijeshi ambaye ana jukumu la kurusha bomu mahali fulani ni ngumu: anapaswa kuzingatia kasi ya ndege, ushawishi wa hewa kwenye mwili unaoanguka. , na, kwa kuongeza, kasi ya upepo. Katika Mtini. 3 huonyesha kimkakati njia mbalimbali zilizoelezwa na bomu lililodondoshwa chini ya hali fulani. Ikiwa hakuna upepo, bomu iliyodondoshwa iko kando ya mkondo wa AP; kwa nini hii ni hivyo - tulielezea hapo juu. Kwa upepo wa nyuma, bomu hutolewa mbele na kusonga mbele. kando ya curve ya AG. Kwa upepo wa nguvu wa wastani, bomu huanguka kando ya mkondo wa AD ikiwa upepo wa juu na chini ni sawa; ikiwa, kama mara nyingi hutokea, upepo wa chini una mwelekeo kinyume na upepo wa juu (upepo wa kichwa juu, upepo wa nyuma kwenye chini), mkondo wa kuanguka hubadilisha mwonekano wake na kuchukua umbo la mstari A E.
Mchoro 2. Mzigo unaotupwa kutoka kwa ndege inayoruka hauanguka kwa wima, lakini kando ya curve.
Kielelezo 3. Njia ambayo mabomu yalianguka kutoka kuanguka kwa ndege. AR - katika hali ya hewa ya utulivu; AG - yenye upepo wa nyuma, AD - yenye upepo wa kichwa, AE - yenye upepo wa kichwa juu na upepo wa nyuma chini.
Reli isiyosimama
Unapokuwa umesimama kwenye jukwaa la stesheni na treni ya mjumbe inapita kwa kasi, kuruka ndani ya behewa wakati inasonga, bila shaka, ni gumu. Lakini fikiria kwamba jukwaa chini yako pia linasonga, kwa kasi sawa na kwa mwelekeo sawa na treni. Je, itakuwa vigumu kwako kuingia kwenye gari basi?
Sio kabisa: utaingia kwa utulivu kana kwamba gari limesimama. Kwa kuwa wewe na treni mnasonga katika mwelekeo mmoja kwa kasi sawa, basi kuhusiana na wewe treni imepumzika kabisa. Kweli, magurudumu yake yanazunguka, lakini itaonekana kwako kuwa yanazunguka mahali. Kusema kweli, vitu hivyo vyote ambavyo kwa kawaida tunavichukulia kuwa vya kusimama - kwa mfano, treni iliyosimama kwenye kituo - husogea nasi kuzunguka mhimili wa dunia na kuzunguka Jua; hata hivyo, katika mazoezi tunaweza kupuuza harakati hii, kwani haitusumbui hata kidogo.
Kwa hiyo, inawezekana kabisa kupanga ili treni, ikipita kwenye vituo, ichukue na kuacha abiria kwa kasi kamili, bila kuacha. Vifaa vya aina hii mara nyingi huwekwa kwenye maonyesho ili kuwezesha umma kuona kwa haraka na kwa urahisi vivutio vyao vilivyoenea katika eneo kubwa. Sehemu zilizokithiri za eneo la maonyesho, kama Ribbon isiyo na mwisho, zimeunganishwa na reli; Abiria wanaweza kuingia na kutoka kwenye mabehewa wakati wowote na mahali popote wakati treni inakimbia kwa kasi kamili.
Kifaa hiki cha kushangaza kinaonyeshwa kwenye michoro zinazoambatana. Katika Mtini. Herufi 4 A na B alama vituo vya nje. Katika kila kituo kuna jukwaa la duara la kusimama lililozungukwa na diski kubwa inayozunguka yenye umbo la pete. Kamba huzunguka diski zinazozunguka za vituo vyote viwili, ambavyo magari yanaunganishwa. Sasa angalia kinachotokea wakati diski inazunguka. Magari huzunguka diski kwa kasi sawa na kingo zao za nje zinazozunguka; kwa hiyo, abiria wanaweza kuondoka kwenye diski hadi kwenye magari bila hatari kidogo au, kinyume chake, kuondoka kwa treni. Baada ya kuondoka kwenye gari, abiria hutembea kando ya diski inayozunguka hadi katikati ya mduara hadi afikie jukwaa la stationary; na si vigumu tena kuhama kutoka kwenye makali ya ndani ya diski inayohamishika hadi kwenye jukwaa la stationary, kwani hapa, na radius ndogo ya mduara, kasi ya pembeni pia ni ndogo sana). Baada ya kufikia jukwaa la ndani lililowekwa, abiria anaweza tu kuvuka daraja hadi chini nje ya reli (Mchoro 5).
Mchoro 4. Mchoro wa reli isiyosimama kati ya vituo A na B. Muundo wa kituo unaonyeshwa kwenye takwimu ifuatayo.
Kielelezo 5. Kituo cha reli isiyo ya kusimama.
Kutokuwepo kwa vituo vya mara kwa mara husababisha akiba kubwa katika matumizi ya wakati na nishati. Katika tramu za jiji, kwa mfano, wakati mwingi na karibu theluthi mbili ya nishati yote hutumiwa hatua kwa hatua kuongeza kasi wakati wa kuondoka kwenye kituo na kupunguza kasi wakati wa kuacha).
Katika vituo vya reli, ingewezekana kufanya hata bila majukwaa maalum ya kusonga mbele ili kupokea na kuwashusha abiria wakati treni iko katika mwendo wa kasi. Fikiria kwamba treni ya haraka inapita kwa kasi kituo cha kawaida cha stationary; tunatamani angekubali abiria wapya hapa bila kusimama. Kwa sasa, waache abiria hawa wakae viti kwenye treni nyingine iliyosimama kwenye njia ya ziada sambamba, na acha treni hii ianze kusonga mbele, ikikuza kasi sawa na treni ya haraka. Wakati treni zote mbili zikiwa kando kando, zitakuwa hazina mwendo kwa kila mmoja: inatosha kutupa madaraja ambayo yangeunganisha magari ya treni zote mbili, na abiria wa treni ya msaidizi wataweza kuhamisha kwa usalama kwa treni ya courier. . Vituo kwenye vituo vitakuwa, kama unavyoona, sio lazima.
Njia za kusonga mbele
Kifaa kingine, ambacho hadi sasa kinatumika kwenye maonyesho tu, kinategemea kanuni ya uhusiano wa mwendo: kinachojulikana kama "njia zinazosonga." Walianza kutekelezwa kwenye maonyesho huko Chicago mwaka wa 1893, kisha kwenye Maonyesho ya Dunia ya Paris mwaka wa 1900. Hapa ni kuchora kwa kifaa hicho (Mchoro 6). Unaona njia tano zilizofungwa, zikipita kwa njia maalum, moja ndani ya nyingine kwa kasi tofauti.
Njia ya nje huenda polepole - kwa kasi ya kilomita 5 tu kwa saa; Hii ni kasi ya kawaida ya mtembea kwa miguu, na si vigumu kuingia kwenye njia ya kutambaa polepole. Karibu nayo, ndani, njia ya pili inaendesha kwa kasi ya kilomita 10 kwa saa. Kuirukia moja kwa moja kutoka kwenye barabara isiyosimama itakuwa hatari, lakini kuruka juu yake kutoka ukurasa wa mbele hakugharimu chochote. Hakika: kuhusiana na ukanda huu wa kwanza, kutambaa kwa kasi ya kilomita 5, pili, kukimbia kwa kasi ya kilomita 10 kwa saa, hufanya kilomita 5 tu kwa saa; Hii inamaanisha kuwa kuhama kutoka kwa kwanza hadi ya pili ni rahisi kama vile kusonga kutoka ardhini hadi ya kwanza. Njia ya tatu tayari inakwenda kwa kasi ya kilomita 15 kwa saa, lakini ni, bila shaka, si vigumu kubadili kutoka kwa njia ya pili. Ni rahisi tu kuhama kutoka kwa njia ya tatu hadi ya pili, ya nne, kukimbia kwa kasi ya kilomita 20 / h, na, hatimaye, kutoka huko hadi ya tano, tayari kukimbilia kwa kasi ya 25 km / h. Njia hii ya tano inampeleka abiria mahali anapohitaji; kutoka hapa, mfululizo kurudi nyuma kutoka strip kwa strip, yeye ardhi juu ya ardhi motionless.
Kielelezo 6. Njia za kusonga mbele.
Sheria Ngumu
Hakuna kati ya sheria tatu za kimsingi za mechanics ambayo labda husababisha mkanganyiko mkubwa kama "sheria ya tatu ya Newton" - sheria ya kitendo na majibu. Kila mtu anajua, wanajua jinsi ya kuitumia kwa usahihi hata katika hali nyingine, na bado watu wachache hawana utata katika ufahamu wake. Labda, msomaji, ulikuwa na bahati ya kumuelewa mara moja, lakini ninakiri kwamba nilimuelewa kabisa miaka kumi tu baada ya kufahamiana naye kwa mara ya kwanza.
Kuzungumza na watu tofauti, nilikuwa na hakika zaidi ya mara moja kwamba wengi wako tayari kutambua usahihi wa sheria hii tu na kutoridhishwa muhimu. Wanakubali kwa urahisi kuwa ni kweli kwa miili isiyo na mwendo, lakini hawaelewi jinsi inavyoweza kutumika kwa mwingiliano wa miili inayotembea... Hatua, inasema sheria, daima ni sawa na kinyume na majibu. Hii ina maana kwamba ikiwa farasi huvuta mkokoteni, basi gari huvuta farasi nyuma kwa nguvu sawa. Lakini basi gari lazima libaki mahali: kwa nini bado linaendelea? Kwa nini nguvu hizi hazilingani ikiwa ziko sawa?
Haya ndiyo matatizo ya kawaida yanayohusiana na sheria hii. Kwa hiyo sheria ni mbaya? Hapana, yeye ni kweli kabisa; hatuelewi tu. Vikosi havilingani kwa sababu tu vinatumika kwa miili tofauti: moja kwa gari, nyingine kwa farasi. Nguvu ni sawa, ndio, lakini je, nguvu sawa daima hutoa athari sawa? Je, nguvu sawa zinatoa kasi sawa kwa miili yote? Je, athari ya nguvu kwenye mwili haitegemei mwili, kwa kiasi cha "upinzani" ambao mwili yenyewe hutoa kwa nguvu?
Ikiwa unafikiria juu yake, inakuwa wazi kwa nini farasi huburuta mkokoteni, ingawa mkokoteni humrudisha nyuma kwa nguvu sawa. Nguvu inayofanya kazi kwenye gari na nguvu inayofanya juu ya farasi ni sawa kwa kila wakati; lakini kwa kuwa mkokoteni hutembea kwa uhuru kwenye magurudumu, na farasi hukaa chini, inaeleweka kwa nini mkokoteni unazunguka kuelekea farasi. Pia fikiria juu ya ukweli kwamba ikiwa gari haikupinga nguvu ya kuendesha gari ya farasi, basi ... itawezekana kufanya bila farasi: nguvu dhaifu zaidi itabidi kuweka gari kwa mwendo. Kisha farasi inahitajika kushinda upinzani wa gari.
Haya yote yangeeleweka vyema na yangesababisha mkanganyiko mdogo ikiwa sheria ingeonyeshwa si kwa njia fupi ya kawaida: "kitendo ni sawa na majibu," lakini, kwa mfano, kama hii: "nguvu pinzani ni sawa na kaimu. nguvu.” Baada ya yote, hapa tu nguvu ni sawa, lakini vitendo (ikiwa tunaelewa, kama inavyoeleweka kawaida, na "hatua ya nguvu" harakati ya mwili) kawaida ni tofauti, kwa sababu nguvu hutumiwa kwa miili tofauti.
Vivyo hivyo, wakati barafu ya polar ilipofinya mwili wa Chelyuskin, pande zake zilisukuma barafu kwa nguvu sawa. Maafa yalitokea kwa sababu barafu yenye nguvu iliweza kustahimili shinikizo kama hilo bila kuanguka; chombo cha meli, ingawa kilitengenezwa kwa chuma, lakini sio mwili thabiti, kilichoshindwa na nguvu hii, kilipondwa na kupondwa. (Maelezo zaidi kuhusu sababu za kimwili za kifo cha "Chelyuskin" yanaelezwa zaidi, katika makala tofauti, ukurasa wa 44).
Hata kuanguka kwa miili hutii kikamilifu sheria ya majibu. Tufaha huanguka Duniani kwa sababu huvutiwa na ulimwengu; lakini kwa nguvu sawa sawa tufaha huvutia sayari yetu nzima kwa yenyewe. Kwa kweli, tufaha na Dunia huanguka kwa kila mmoja, lakini kasi ya kuanguka hii ni tofauti kwa apple na kwa Dunia. Nguvu sawa za mvuto wa pande zote huipa apple kuongeza kasi ya 10 m/sec2, na dunia kiwango sawa cha kuongeza kasi kama vile uzito wa dunia unavyozidi uzito wa tufaha. Kwa kweli, misa ya ulimwengu ni idadi ya kushangaza ya mara kubwa kuliko misa ya tufaha, na kwa hivyo Dunia inapokea uhamishaji mdogo sana kwamba inaweza kuzingatiwa sawa na sifuri. Ndiyo maana tunasema kwamba apple huanguka duniani, badala ya kusema: "apple na Dunia huanguka juu ya kila mmoja").
Kwa nini Svyatogor shujaa alikufa?
Kumbuka hadithi ya watu kuhusu Svyatogor shujaa, ambaye aliamua kuinua Dunia? Archimedes, kulingana na hadithi, pia alikuwa tayari kukamilisha kazi hiyo hiyo na alidai fulcrum kwa kujiinua kwake. Lakini Svyatogor alikuwa na nguvu hata bila kujiinua. Alikuwa akitafuta tu kitu cha kunyakua, kitu cha kuweka mikono yake ya kishujaa. "Mara tu nilipopata mvuto, ningeinua Dunia nzima!" Fursa ilijitokeza: shujaa alipata chini "begi ya tandiko" ambayo "haitajificha, haitakunja, haitainuka."
Ikiwa Svyatogor angejua sheria ya hatua na majibu, angegundua kuwa nguvu yake ya kishujaa iliyotumika duniani ingesababisha nguvu sawa, na kwa hivyo kubwa, ambayo inaweza kumvuta ardhini.
Kwa hali yoyote, ni wazi kutoka kwa epic kwamba uchunguzi maarufu kwa muda mrefu umeona upinzani unaofanywa na dunia wakati wanaitegemea. Watu walitumia bila kujua sheria ya majibu maelfu ya miaka kabla ya Newton kuitangaza kwanza katika kitabu chake kisichoweza kufa, Misingi ya Hisabati ya Philosophy Asilia (yaani, fizikia).
Inawezekana kusonga bila msaada?
Wakati wa kutembea, tunasukuma kwa miguu yetu kutoka chini au sakafu; Huwezi kutembea kwenye sakafu laini sana au kwenye barafu ambayo mguu wako hauwezi kusukuma kutoka. Wakati wa kusonga, locomotive inasukumwa mbali na reli na magurudumu yake ya "kuendesha": ikiwa reli ni lubricated na mafuta, locomotive itabaki mahali. Wakati mwingine hata (katika hali ya barafu) ili kusonga treni, reli mbele ya magurudumu ya kuendesha gari ya locomotive hunyunyizwa na mchanga kutoka kwa kifaa maalum. Wakati magurudumu na reli (alfajiri ya reli) zilifanywa kwa gia, ilichukuliwa kuwa magurudumu yanapaswa kusukuma reli. Boti ya mvuke inasukumwa mbali na maji na vile vya gurudumu la upande au propela. Ndege pia inasukuma mbali na hewa kwa kutumia propela. Kwa neno, haijalishi kitu kinaingia ndani, inategemea wakati wa harakati zake. Lakini je, mwili unaweza kuanza kusonga bila kuwa na msaada wowote nje yenyewe?
Inaweza kuonekana kuwa kujitahidi kufanya harakati hiyo ni sawa na kujaribu kujiinua kwa nywele. Kama inavyojulikana, jaribio kama hilo hadi sasa limefanikiwa kwa Baron Munchausen. Wakati huo huo, ni harakati hii inayoonekana kuwa haiwezekani ambayo mara nyingi hutokea mbele ya macho yetu. Kweli, mwili hauwezi kujiweka kabisa katika mwendo na nguvu za ndani peke yake, lakini inaweza kulazimisha sehemu fulani ya dutu yake kuhamia upande mmoja, na wengine katika mwelekeo tofauti. Ni mara ngapi umeona roketi inayoruka, lakini umefikiria juu ya swali: kwa nini inaruka? Katika roketi tuna mfano wazi wa aina ya mwendo ambayo inatuvutia sasa.
Kwa nini roketi inaruka?
Hata kati ya watu ambao wamesoma fizikia, mara nyingi mtu husikia maelezo yasiyo sahihi kabisa ya kukimbia kwa roketi: huruka kwa sababu hutolewa kutoka hewani na gesi zake zinazoundwa wakati baruti inawaka ndani yake. Ndivyo walivyofikiri zamani (roketi ni uvumbuzi wa zamani). Walakini, ikiwa ungerusha roketi katika nafasi isiyo na hewa, haitaruka vibaya zaidi, au hata bora zaidi, kuliko angani. Sababu ya kweli ya harakati ya roketi ni tofauti kabisa. Ilielezwa kwa uwazi sana na kwa urahisi na mwanamapinduzi wa Machi wa Kwanza Kibalchich katika barua yake ya kujitoa mhanga kuhusu mashine ya kuruka aliyoivumbua. Akielezea muundo wa makombora ya kupigana, aliandika:
"Ndani ya silinda ya bati, iliyofungwa kwa msingi mmoja na kufunguliwa kwa upande mwingine, silinda ya baruti iliyoshinikizwa huingizwa kwa nguvu, ikiwa na utupu katika mfumo wa chaneli kwenye mhimili wake. Mwako wa bunduki huanza kutoka kwenye uso wa njia hii na huenea kwa muda fulani hadi kwenye uso wa nje wa bunduki iliyoshinikizwa; gesi zinazoundwa wakati wa mwako hutoa shinikizo kwa pande zote; lakini shinikizo la upande wa gesi husawazishwa, huku shinikizo lililo chini ya ganda la bati la baruti, lisilosawazishwa na shinikizo la kinyume (kwa kuwa gesi zina njia ya bure katika mwelekeo huu), husukuma roketi mbele.
Jambo lile lile hufanyika hapa kama kanuni inaporushwa: projectile huruka mbele, na kanuni yenyewe inarudishwa nyuma. Kumbuka "recoil" ya bunduki na bunduki yoyote kwa ujumla! Ikiwa kanuni ingening'inia angani, bila kuungwa mkono na chochote, baada ya kurusha ingerudi nyuma kwa kasi fulani, ambayo ni idadi sawa ya mara chini ya kasi ya projectile, ni mara ngapi projectile ni nyepesi kuliko kanuni. yenyewe. Katika riwaya ya hadithi ya kisayansi ya Jules Verne "Upside Down," Wamarekani hata waliamua kutumia nguvu ya kurudisha nyuma ya kanuni kubwa kutekeleza kazi kubwa - "kunyoosha mhimili wa dunia."
Roketi ni kanuni sawa, tu haitoi makombora, lakini gesi za unga. Kwa sababu hiyo hiyo, kinachojulikana kama "gurudumu la Wachina" huzunguka, ambayo labda ulitokea kupendeza wakati wa kuweka fataki: wakati baruti inawaka kwenye zilizopo zilizowekwa kwenye gurudumu, gesi hutoka kwa mwelekeo mmoja, na mirija yenyewe (na wao gurudumu) pata harakati kinyume. Kwa asili, hii ni marekebisho tu ya kifaa kinachojulikana cha kimwili - gurudumu la Segner.
Inashangaza kutambua kwamba kabla ya uvumbuzi wa steamboat kulikuwa na muundo wa chombo cha mitambo kulingana na mwanzo huo; usambazaji wa maji kwenye meli ulipaswa kutolewa kwa kutumia pampu yenye shinikizo kali kwenye meli; kwa sababu hiyo, ilibidi meli isonge mbele, kama zile bati zinazoelea ambazo zinapatikana ili kuthibitisha kanuni inayozungumziwa katika madarasa ya shule ya fizikia. Mradi huu (uliopendekezwa na Remsey) haukutekelezwa, lakini ulichukua jukumu linalojulikana katika uvumbuzi wa boti ya mvuke, kwani ilimpa Fulton wazo lake.
Kielelezo 7. Injini ya zamani zaidi ya mvuke (turbine), inayohusishwa na Heron wa Alexandria (karne ya 2 KK).
Kielelezo 8. Gari la mvuke linalohusishwa na Newton.
Mchoro 9. Boti ya kuchezea iliyotengenezwa kwa karatasi na maganda ya mayai. Mafuta ni pombe iliyomiminwa kwenye mtondo. Mvuke unaotoka kwenye shimo kwenye "boiler ya mvuke" (yai iliyopulizwa) husababisha boti ya mvuke kwenda kinyume.
Pia tunajua kwamba injini ya kale zaidi ya mvuke, iliyovumbuliwa na Heron wa Alexandria nyuma katika karne ya 2 KK, iliundwa kwa kanuni sawa: mvuke kutoka kwenye boiler (Mchoro 7) ulitiririka kupitia bomba hadi kwenye mpira uliowekwa kwenye mhimili mlalo. ; kisha inapita nje ya mirija cranked, mvuke kusukuma mirija hii katika mwelekeo kinyume, na mpira kuanza kuzunguka. Kwa bahati mbaya, turbine ya mvuke ya Heron katika nyakati za zamani ilibaki toy tu ya kupendeza, kwani bei nafuu ya kazi ya watumwa haikuhimiza mtu yeyote kuweka mashine katika matumizi ya vitendo. Lakini kanuni yenyewe haijaachwa na teknolojia: kwa wakati wetu hutumiwa katika ujenzi wa mitambo ya ndege.
Newton, mwandishi wa sheria ya hatua na majibu, anahesabiwa kuwa moja ya miundo ya awali ya gari la mvuke, kwa kuzingatia kanuni hiyo hiyo: mvuke kutoka kwa boiler iliyowekwa kwenye magurudumu hutoka kwa mwelekeo mmoja, na boiler yenyewe, kurudi nyuma, huzunguka kwa mwelekeo tofauti (Mchoro 8) .
Magari ya roketi, majaribio ambayo yaliandikwa sana mnamo 1928 kwenye magazeti na majarida, ni marekebisho ya kisasa ya gari la Newton.
Kwa wale wanaopenda ufundi, hapa kuna mchoro wa stima ya karatasi, pia inafanana sana na gari la Newton: kwenye boiler ya mvuke, mvuke huundwa kutoka kwa yai iliyoangaziwa, moto na pamba iliyotiwa ndani ya pombe kwenye thimble; kutoroka kama mkondo kuelekea upande mmoja, hulazimisha stima nzima kuelekea upande mwingine. Hata hivyo, ujenzi wa toy hii ya kufundisha inahitaji mikono yenye ujuzi sana.
Je! samaki aina ya cuttlefish husonga vipi?
Itakuwa ajabu kwako kusikia kwamba kuna viumbe wachache kabisa ambao "kujiinua kwa nywele" ni njia yao ya kawaida ya kusonga ndani ya maji.
Kielelezo 10. Harakati ya kuogelea ya cuttlefish.
Cuttlefish na, kwa ujumla, sefalopodi nyingi husogea ndani ya maji kwa njia hii: huchukua maji ndani ya patiti la gill kupitia mpasuko wa upande na faneli maalum mbele ya mwili, na kisha kutupa mkondo wa maji kwa nguvu kupitia funnel iliyosemwa; wakati huo huo, kulingana na sheria ya mmenyuko, wanapokea msukumo wa nyuma wa kutosha kuogelea haraka na upande wa nyuma wa mwili mbele. Cuttlefish inaweza, hata hivyo, kuelekeza bomba la faneli kando au nyuma na, kwa haraka kufinya maji kutoka kwake, kusonga kwa mwelekeo wowote.
Harakati ya jellyfish inategemea kitu kimoja: kwa kukandamiza misuli yake, inasukuma maji kutoka chini ya mwili wake wa umbo la kengele, ikipokea msukumo kwa mwelekeo tofauti. Mbinu sawa hutumiwa wakati wa kusonga na salps, mabuu ya dragonfly na wanyama wengine wa majini. Na bado tulitilia shaka ikiwa inawezekana kuhama hivyo!
Je, ni nini kinachoweza kuvutia zaidi kuliko kuondoka duniani na kusafiri kuvuka ulimwengu mkubwa, kuruka kutoka Duniani hadi Mwezi, kutoka sayari hadi sayari? Ni riwaya ngapi za uwongo za kisayansi zimeandikwa juu ya mada hii! Ni nani ambaye hajatuchukua kwenye safari ya kufikiria kupitia miili ya mbinguni! Voltaire katika Micromegas, Jules Verne katika Safari ya Mwezi na Hector Servadac, Wells katika Wanaume wa Kwanza kwenye Mwezi na wengi wa waigaji wao walifanya safari za kuvutia zaidi kwa miili ya mbinguni - bila shaka, katika ndoto zao.
Je, kweli hakuna njia ya kufanya ndoto hii ya muda mrefu itimie? Je, miradi yote ya werevu inayoonyeshwa kwa uhalisi unaovutia hivyo katika riwaya haiwezekani kweli? Katika siku zijazo tutazungumzia zaidi kuhusu miradi ya ajabu ya usafiri wa interplanetary; Sasa hebu tufahamiane na mradi halisi wa ndege kama hizo, zilizopendekezwa kwanza na mwenzetu K. E. Tsiolkovsky.
Je, inawezekana kuruka mwezini kwa ndege? Kwa kweli sivyo: ndege na ndege husogea tu kwa sababu hutegemea hewa, hutupwa mbali nayo, na hakuna hewa kati ya Dunia na Mwezi. Katika anga ya kimataifa, kwa ujumla hakuna katikati mnene wa kutosha ambayo "meli ya anga ya kati ya sayari" inaweza kutegemea. Hii ina maana kwamba tunahitaji kuja na kifaa ambacho kitaweza kusonga na kudhibitiwa bila kutegemea chochote.
Tayari tunajua projectile kama hiyo katika mfumo wa toy - roketi. Kwa nini usijenge roketi kubwa, yenye chumba maalum cha watu, vifaa vya chakula, tanki za hewa na kila kitu kingine? Fikiria kuwa watu kwenye roketi wamebeba usambazaji mkubwa wa vitu vinavyoweza kuwaka; wanaweza kuelekeza utokaji wa gesi zinazolipuka kwa mwelekeo wowote. Utapokea meli halisi ya mbinguni inayoweza kudhibitiwa ambayo unaweza kusafiri kwenye bahari ya anga ya anga, kuruka hadi Mwezi, kwa sayari ... Abiria wataweza, kwa kudhibiti milipuko, kuongeza kasi ya meli hii ya anga kati ya sayari na taratibu muhimu ili ongezeko la kasi lisiwe na madhara kwao. Ikiwa wanataka kushuka kwenye sayari fulani, wanaweza, kwa kugeuza meli yao, hatua kwa hatua kupunguza kasi ya projectile na hivyo kudhoofisha kuanguka. Hatimaye, abiria wataweza kurudi duniani kwa njia hiyo hiyo.
Mchoro 11. Mradi wa meli ya anga kati ya sayari, iliyoundwa kama roketi.
Wacha tukumbuke jinsi safari za anga zilifanya mafanikio yake ya kwanza ya kutisha. Na sasa ndege tayari zinaruka juu angani, zikiruka juu ya milima, majangwa, mabara, na bahari. Labda "astronavigation" itakuwa na maua ya ajabu sawa katika miongo miwili au mitatu? Kisha mwanadamu atavunja minyororo isiyoonekana ambayo imemfunga kwa sayari yake ya asili kwa muda mrefu na kukimbilia kwenye anga isiyo na mipaka ya ulimwengu.
Sura ya pili
NGUVU. KAZI. MSUGUANO.
Swan, crayfish na pike tatizo
Hadithi ya jinsi "swan, crayfish na pike walianza kubeba mzigo wa mizigo" inajulikana kwa kila mtu. Lakini hakuna mtu aliyejaribu kuzingatia hadithi hii kutoka kwa mtazamo wa kiufundi. Matokeo yake hayafanani kabisa na hitimisho la mwandishi wa hadithi Krylov.
Mbele yetu ni tatizo la kimakanika linalohusisha kuongezwa kwa nguvu kadhaa zinazotenda kwa pembe moja hadi nyingine. Mwelekeo wa nguvu hufafanuliwa katika hadithi kama ifuatavyo:
... Swan hukimbilia mawinguni,
Crayfish huenda nyuma, na pike huvuta ndani ya maji.
Hii ina maana (Mchoro 12) kwamba nguvu moja, msukumo wa swan, inaelekezwa juu; nyingine, pike thrust (OV), - kando; tatu, kutia kansa (CR), - nyuma. Tusisahau kwamba kuna nguvu ya nne - uzito wa gari, ambayo inaelekezwa kwa wima chini. Hadithi hiyo inasema kwamba "gari bado iko," kwa maneno mengine, kwamba matokeo ya nguvu zote zinazotumiwa kwenye gari ni sawa na sifuri.
Je, ni hivyo? Hebu tuone. Swan inayokimbilia mawingu haiingilii kazi ya crayfish na pike, na hata huwasaidia: msukumo wa swan, unaoelekezwa dhidi ya mvuto, hupunguza msuguano wa magurudumu ardhini na kwenye axles, na hivyo kupunguza uzito. gari, na labda hata kusawazisha kabisa - baada ya mzigo wote ni mdogo ("mzigo ungeonekana kuwa mwepesi kwao"). Kwa kuzingatia kesi ya mwisho kwa unyenyekevu, tunaona kwamba nguvu mbili tu zimebaki: msukumo wa crayfish na msukumo wa pike. Inasemekana juu ya mwelekeo wa nguvu hizi kwamba "kamba hurudi nyuma, na pike huvuta ndani ya maji." Inakwenda bila kusema kwamba maji hayakuwa mbele ya gari, lakini mahali fulani upande (wafanyikazi wa Krylov hawakuenda kuzama gari!). Hii ina maana kwamba nguvu za crayfish na pike zinaelekezwa kwa pembe kwa kila mmoja. Ikiwa vikosi vilivyotumiwa haviko kwenye mstari sawa sawa, basi matokeo yao hayawezi kwa njia yoyote kuwa sawa na sifuri.
Kielelezo 12. Tatizo la swan ya Krylov, crayfish na pike, kutatuliwa kulingana na sheria za mechanics. Matokeo (OD) inapaswa kuburuta mkokoteni kwenye mto.
Kwa kutenda kulingana na sheria za mechanics, tunaunda sambamba kwa nguvu zote mbili za OB na OS; OD yake ya diagonal inatoa mwelekeo na ukubwa wa matokeo. Ni wazi kwamba nguvu hii ya matokeo lazima isogeze mkokoteni kutoka mahali pake, haswa kwa vile uzito wake unasawazishwa kikamilifu au sehemu na msukumo wa swan. Swali lingine ni katika mwelekeo gani mkokoteni utasonga: mbele, nyuma au kando? Hii inategemea uwiano wa nguvu na ukubwa wa angle kati yao.
Wasomaji ambao wana mazoezi fulani katika kuongeza na upanuzi wa nguvu wataelewa kwa urahisi kesi wakati nguvu ya swan haina usawa wa uzito wa gari; watakuwa na hakika kwamba mkokoteni hauwezi kubaki bila kusonga hata wakati huo. Chini ya hali moja tu, mkokoteni hauwezi kusonga chini ya ushawishi wa nguvu hizi tatu: ikiwa msuguano kwenye shoka zake na dhidi ya uso wa barabara ni mkubwa zaidi kuliko nguvu zinazotumiwa. Lakini hii haikubaliani na taarifa kwamba "mizigo ingeonekana kuwa nyepesi kwao."
Kwa vyovyote vile, Krylov hakuweza kusema kwa ujasiri kwamba "mambo bado yanaendelea," kwamba "mambo bado yapo." Hii, hata hivyo, haibadilishi maana ya hekaya.
Kinyume na Krylov
Tumeona tu kwamba sheria ya kila siku ya Krylov: "wakati hakuna makubaliano kati ya wandugu, mambo hayatawaendea vizuri" haitumiki kila wakati katika mechanics. Vikosi vinaweza kuelekezwa kwa mwelekeo zaidi ya moja na, licha ya hili, kutoa matokeo fulani.
Watu wachache wanajua kuwa wafanyikazi ngumu - mchwa, ambao Krylov huyo huyo aliwasifu kama wafanyikazi wa mfano, hufanya kazi pamoja kwa njia iliyodhihakiwa na mtunzi. Na kwa ujumla mambo yanawaendea vyema. Sheria ya kuongeza nguvu inakuja kuwaokoa tena. Kwa kutazama kwa uangalifu mchwa wakati wanafanya kazi, hivi karibuni utaona kwamba ushirikiano wao wa akili unaonekana tu: kwa kweli, kila mchwa hufanya kazi kwa yenyewe, bila hata kufikiri juu ya kusaidia wengine.
Hivi ndivyo mtaalam mmoja wa wanyama anaelezea kazi ya mchwa:
"Ikiwa mchwa kadhaa wanaburuta mawindo makubwa kwenye ardhi tambarare, basi kila mtu hufanya kwa njia ile ile, na matokeo yake ni kuonekana kwa ushirikiano. Lakini mawindo - kwa mfano kiwavi - alinaswa kwenye kizuizi, kwenye shina la nyasi, kwenye kokoto. Huwezi kuiburuta mbele zaidi, lazima uizunguke. Na hapa imefunuliwa wazi kwamba kila mchwa, kwa njia yake mwenyewe na bila kuzingatia yoyote ya wandugu wake, anajaribu kukabiliana na kikwazo (Mchoro 13 na 14). Mmoja anaburuta kwenda kulia, na mwingine kushoto; mmoja anasukuma mbele, mwingine anarudi nyuma. Wanahama kutoka mahali hadi mahali, kunyakua wimbo mahali pengine, na kila mmoja anasukuma au kuvuta kwa njia yake mwenyewe. Inapotokea kwamba nguvu za wafanyikazi huundwa kwa njia ambayo mchwa wanne husogeza kiwavi katika mwelekeo mmoja na sita kwa upande mwingine, basi kiwavi husogea kwa usahihi kuelekea kwa mchwa hawa sita, licha ya upinzani wa wanne. ”
Hebu tutoe (ulioazimwa kutoka kwa mtafiti mwingine) mfano mwingine wa kufundisha ambao unadhihirisha wazi ushirikiano huu wa kufikirika wa mchwa. Katika Mtini. Mchoro wa 15 unaonyesha kipande cha jibini cha mstatili ambacho kimenyakuliwa na mchwa 25. Jibini lilihamia polepole kwenye mwelekeo ulioonyeshwa na mshale A, na mtu anaweza kufikiri kwamba mstari wa mbele wa mchwa ulikuwa ukivuta mzigo kuelekea yenyewe, mstari wa nyuma ulikuwa ukisukuma mbele, wakati mchwa wa upande ulikuwa unasaidia wote wawili. Walakini, hii sivyo, kwani ni rahisi kudhibitisha: tumia kisu kutenganisha safu nzima ya nyuma - mzigo utatambaa haraka sana! Ni wazi kwamba mchwa hawa 11 walikuwa wakivuta nyuma, sio mbele: kila mmoja wao alijaribu kugeuza mzigo ili, wakirudi nyuma, waweze kuuburuta kuelekea kiota. Hii ina maana kwamba mchwa wa nyuma hawakusaidia tu wale wa mbele, lakini waliingilia kwa bidii, na kuharibu jitihada zao. Ili kuvuta kipande hiki cha jibini, jitihada za mchwa wanne tu zitakuwa za kutosha, lakini kutofautiana kwa vitendo husababisha ukweli kwamba mchwa 25 huvuta mzigo.
Mchoro 13. Jinsi mchwa huburuta kiwavi.
Mchoro 14. Jinsi mchwa huvuta mawindo. Mishale inaonyesha maelekezo ya jitihada za mchwa binafsi.
Mchoro 15. Jinsi mchwa hujaribu kuburuta kipande cha jibini hadi kwenye kichuguu kilicho upande wa mshale A.
Kipengele hiki cha vitendo vya pamoja vya mchwa viligunduliwa zamani na Mark Twain. Akizungumzia mkutano kati ya chungu wawili, mmoja wao ulipata mguu wa panzi, anasema: “Wanashika mguu kwa ncha zote mbili na kuvuta kwa nguvu zao zote kuelekea pande tofauti. Wote wawili wanaona kuwa kuna kitu kibaya, lakini hawawezi kuelewa ni nini. Mabishano ya pande zote huanza; mabishano yanageuka kuwa mapigano ... Upatanisho hutokea, na kazi ya pamoja na isiyo na maana huanza tena, na mwenza aliyejeruhiwa katika vita tu kuwa kizuizi. Akijaribu kwa nguvu zake zote, rafiki mwenye afya huburuta mzigo huo, na kwa hiyo rafiki aliyejeruhiwa, ambaye, badala ya kukubali mawindo, ananing'inia juu yake. Kwa mzaha, Twain atoa maoni yaliyo sahihi kabisa kwamba “chungu hufanya kazi vizuri tu anapoonwa na mtaalamu wa mambo ya asili asiye na uzoefu ambaye anatoa mkataa usio sahihi.”
Je, ni rahisi kuvunja maganda ya mayai?
Miongoni mwa maswali ya kifalsafa ambayo Kifa Mokievich mwenye mawazo kutoka kwa "Nafsi Zilizokufa" alitikisa kichwa chake cha busara ilikuwa shida ifuatayo: "Kweli, ikiwa tembo alizaliwa kwenye yai, kwa sababu ganda, chai, ingekuwa nene sana, haungeweza." t kuipiga kwa kanuni; tunahitaji kuvumbua silaha mpya."
Mwanafalsafa wa Gogol labda angeshangaa sana ikiwa angejifunza kwamba ganda la yai la kawaida, licha ya unene wake, pia ni mbali na kitu dhaifu. Si rahisi sana kuponda yai kati ya mitende yako, ukisisitiza mwisho wake; Inachukua jitihada nyingi kuvunja shell chini ya hali hiyo.
Nguvu ya ajabu ya ganda la yai inategemea tu sura yake ya laini na inaelezewa kwa njia sawa na nguvu ya kila aina ya vaults na matao.
Katika tini iliyoambatanishwa. 17 inaonyesha vault ndogo ya mawe juu ya dirisha. Mzigo S (yaani, uzani wa sehemu za juu za uashi), ukisisitiza juu ya jiwe la katikati la umbo la kabari, hukandamiza kwa nguvu, ambayo imeonyeshwa kwenye takwimu kwa mshale A. Lakini jiwe haliwezi kusonga. chini kwa sababu ya umbo la kabari; inaweka shinikizo kwa mawe ya jirani tu. Katika kesi hii, nguvu A hutengana kulingana na utawala wa parallelogram katika nguvu mbili, zilizoonyeshwa na mishale C na B; wao ni usawa na upinzani wa mawe ya karibu, kwa upande wake kati ya jirani. Kwa hivyo, nguvu inayoshinikiza kwenye vault kutoka nje haiwezi kuiharibu. Lakini ni rahisi kuiharibu kwa nguvu inayofanya kutoka ndani. Hili ni kosa, kwa kuwa sura ya mawe yenye umbo la kabari, ambayo inawazuia kuanguka, haina hata kidogo kuwazuia kuinuka.
Mchoro 16. Inachukua nguvu kubwa kuvunja yai katika nafasi hii.
Kielelezo 17. Sababu ya nguvu ya arch.
Ganda la yai ni vault sawa, imara tu. Inapofunuliwa na shinikizo la nje, haivunjiki kwa urahisi kama vile mtu angetarajia kutoka kwa nyenzo dhaifu kama hiyo. Unaweza kuweka meza nzito na miguu kwenye mayai manne mabichi - na hayatakandamizwa (kwa utulivu, unahitaji kuandaa mayai na viongezeo vya plasta kwenye ncha; plasta hushikamana kwa urahisi kwenye ganda la chokaa).
Sasa unaelewa kwa nini kuku halazimiki kuvunja ganda la mayai yake na uzito wa mwili wake. Na wakati huo huo, kifaranga dhaifu, akitaka kutoka nje ya gereza la asili, huvunja kwa urahisi shell kutoka ndani na mdomo wake.
Kuvunja kwa urahisi shell ya yai na pigo la upande wa kijiko, hatujui jinsi nguvu ni wakati shinikizo linafanya juu yake chini ya hali ya asili, na asili gani ya silaha ya kuaminika imelinda kiumbe hai kinachoendelea ndani yake.
Nguvu ya ajabu ya balbu za mwanga, inaonekana kuwa dhaifu na tete, inaelezwa kwa njia sawa na nguvu za mayai. Nguvu zao zitakuwa za kushangaza zaidi ikiwa tunakumbuka kwamba wengi wao (mashimo, sio kujazwa na gesi) ni karibu tupu kabisa na hakuna chochote kutoka ndani kinachopinga shinikizo la hewa ya nje. Na kiasi cha shinikizo la hewa kwenye balbu ya umeme ni kubwa: na kipenyo cha cm 10, balbu ya mwanga inasisitizwa pande zote mbili kwa nguvu ya zaidi ya kilo 75 (uzito wa mtu). Uzoefu unaonyesha kuwa balbu isiyo na mashimo inaweza kuhimili shinikizo hata mara 2.5.
Kusafiri kwa meli dhidi ya upepo
Ni ngumu kufikiria jinsi meli za meli zinaweza kwenda "dhidi ya upepo" - au, kama mabaharia wanasema, nenda "kwa karibu". Ukweli, baharia atakuambia kuwa huwezi kusafiri moja kwa moja dhidi ya upepo, lakini unaweza kusonga tu kwa pembe ya papo hapo kuelekea mwelekeo wa upepo. Lakini pembe hii ni ndogo - karibu robo ya pembe ya kulia - na inaonekana, labda, kwa usawa isiyoeleweka: ikiwa ni meli moja kwa moja dhidi ya upepo au kwa pembe yake ya 22 °.
Kwa kweli, hata hivyo, hii sio tofauti, na sasa tutaelezea jinsi inawezekana kuelekea kwa pembe kidogo kwa nguvu ya upepo. Kwanza, acheni tuchunguze jinsi upepo kwa ujumla unavyofanya kazi kwenye meli, ambayo ni, mahali ambapo husukuma tanga wakati unavuma juu yake. Pengine unafikiri kwamba upepo daima husukuma meli katika mwelekeo unaovuma. Lakini hii sivyo: popote upepo unapovuma, husukuma meli perpendicular kwa ndege ya meli. Hakika: acha upepo upige kwa mwelekeo ulioonyeshwa na mishale kwenye Mtini. 18; mstari AB inawakilisha tanga. Kwa kuwa upepo unasisitiza sawasawa juu ya uso mzima wa meli, tunabadilisha shinikizo la upepo kwa nguvu R inayotumiwa katikati ya meli. Tutagawanya nguvu hii katika mbili: nguvu Q, perpendicular kwa meli, na nguvu P, iliyoelekezwa kando yake (Mchoro 18, kulia). Nguvu ya mwisho inasukuma meli popote, kwa kuwa msuguano wa upepo kwenye turuba hauna maana. Nguvu Q inabaki, ambayo inasukuma meli kwenye pembe za kulia kwake.
Kujua hili, tunaweza kuelewa kwa urahisi jinsi meli inayosafiri inaweza kusafiri kwa pembe ya papo hapo kuelekea upepo. Hebu mstari wa KK (Kielelezo 19) uwakilishi mstari wa keel wa meli. Upepo unavuma kwa pembe ya papo hapo kwa mstari huu katika mwelekeo unaoonyeshwa na mfululizo wa mishale. Line AB inawakilisha tanga; huwekwa ili ndege yake ipunguze pembe kati ya mwelekeo wa keel na mwelekeo wa upepo. Fuatilia kwenye Mtini. 19 kwa mgawanyiko wa nguvu. Tunawakilisha shinikizo la upepo kwenye meli kwa nguvu Q, ambayo, tunajua, lazima iwe perpendicular kwa meli. Hebu tugawanye nguvu hii katika mbili: nguvu R, perpendicular kwa keel, na nguvu S, iliyoelekezwa mbele kando ya mstari wa keel ya chombo. Kwa kuwa harakati ya meli katika mwelekeo R inakabiliwa na upinzani mkali kutoka kwa maji (keel katika meli za meli ni kirefu sana), nguvu ya R iko karibu kabisa na upinzani wa maji. Inabakia nguvu moja tu ya S, ambayo, kama unavyoona, inaelekezwa mbele na, kwa hivyo, husogeza meli kwa pembe, kana kwamba inaelekea upepo. Kawaida harakati hii inafanywa kwa zigzags, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 20. Katika lugha ya mabaharia, harakati hiyo ya meli inaitwa "tacking" kwa maana kali ya neno.
Mchoro 18. Upepo unasukuma meli daima kwenye pembe za kulia kwa ndege yake.
Mchoro 19. Jinsi ya kusafiri dhidi ya upepo.
Kielelezo 20. Kuchukua meli ya meli.
Archimedes inaweza kuinua Dunia?
"Nipe nafasi na nitainua Dunia!" - hadithi inaashiria mshangao huu kwa Archimedes, fundi mzuri wa zamani, ambaye aligundua sheria za lever.
Mchoro 21. "Archimedes huinua Dunia kwa lever." Kuchora kutoka kwa kitabu cha Varignon (1787) juu ya mechanics.
“Mara moja Archimedes,” twasoma kutoka kwa Plutarch, “alimwandikia Mfalme Hieron wa Sirakusa, ambaye alikuwa mtu wa ukoo na rafiki, kwamba kwa nguvu hii mtu anaweza kusogeza mzigo wowote. Akiwa amebebwa na nguvu ya ushahidi huo, aliongeza kwamba kama kungekuwa na Dunia nyingine, angehamisha ya kwetu kwa kuhamia humo.”
Archimedes alijua kwamba hakuna mzigo ambao hauwezi kuinuliwa kwa nguvu dhaifu ikiwa unatumia lever: unahitaji tu kutumia nguvu hii kwa mkono mrefu sana wa lever, na kulazimisha mkono mfupi kutenda juu ya mzigo. Ndio maana alifikiria kwamba kwa kushinikiza mkono mrefu sana wa lever, angeweza pia kuinua mzigo kwa nguvu ya mikono yake, ambayo wingi wake ni sawa na wingi wa ulimwengu.
Lakini kama fundi mkuu wa mambo ya kale angalijua jinsi umati wa dunia ulivyo mkubwa, pengine angalijiepusha na mshangao wake wa kiburi. Hebu tufikirie kwa muda kwamba Archimedes alipewa hiyo “Dunia nyingine”, hatua hiyo ya usaidizi ambayo alikuwa akiitafuta; Hebu tufikirie zaidi kwamba amefanya lever ya urefu unaohitajika. Je! unajua ingemchukua muda gani kuinua mzigo ulio sawa na wingi hadi kwenye ulimwengu kwa angalau sentimita moja? Angalau miaka bilioni thelathini elfu!
Hakika. Uzito wa Dunia unajulikana kwa wanaastronomia; mwili wenye uzito kama huo ungekuwa na uzito wa tani 6,000,000,000,000,000,000 duniani.
Ikiwa mtu anaweza kuinua moja kwa moja kilo 60 tu, basi ili "kuinua Dunia", atahitaji kuweka mikono yake kwenye mkono mrefu wa lever, ambayo ni mara 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.
Hesabu rahisi itakushawishi kwamba wakati mwisho wa mkono mfupi hupanda 1 cm, mwisho mwingine utaelezea arc kubwa ya kilomita 1000,000,000,000,000,000 katika ulimwengu.
Umbali mrefu kama huo ungelazimika kuchukuliwa na mkono wa Archimedes, akisisitiza juu ya lever, ili "kuinua Dunia" kwa sentimita moja tu! Itachukua muda gani kwa hili? Ikiwa tunadhania kwamba Archimedes aliweza kuinua mzigo wa kilo 60 hadi urefu wa m 1 kwa sekunde moja (ufanisi wa karibu nguvu zote za farasi!), basi hata hivyo itachukua sekunde 1000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000. kwa cm 1, au miaka bilioni thelathini elfu! Katika maisha yake yote marefu, Archimedes, akisisitiza juu ya lever, hangeweza "kuinua Dunia" hata kwa unene wa nywele nyembamba zaidi ...
Hakuna hila za mvumbuzi mahiri ambazo zingemsaidia kufupisha kipindi hiki. "Kanuni ya Dhahabu ya Mechanics" inasema kwamba kwenye mashine yoyote, faida katika nguvu ni inevitably ikifuatana na hasara sambamba katika urefu wa harakati, yaani, kwa wakati. Hata kama Archimedes angeleta kasi ya mkono wake kwa kasi kubwa iwezekanavyo katika maumbile - hadi kilomita 300,000 kwa sekunde (kasi ya mwanga), basi hata kwa dhana nzuri kama hiyo angekuwa "aliinua Dunia" kwa cm 1 tu. baada ya miaka milioni kumi ya kazi.
Mtu hodari wa Jules Vernov na formula ya Euler
Je, unamkumbuka mwanariadha hodari wa Jules Verne Mathifa? “Kichwa cha kupendeza, sawia na kimo kikubwa; kifua kama mvukuto wa mhunzi; miguu - kama magogo mazuri, mikono - alama za kuinua halisi, na ngumi kama nyundo ..." Labda, kutoka kwa ushujaa wa mtu huyu hodari aliyeelezewa katika riwaya "Mathias Sapdorf", unakumbuka tukio la kushangaza na meli "Trabokolo", wakati jitu letu lenye mikono ya nguvu kubwa lilichelewesha kuteremka kwa meli nzima.
Hivi ndivyo mwandishi wa riwaya anazungumza juu ya kazi hii:
"Meli, tayari imeachiliwa kutoka kwa viunga vilivyoiunga mkono kwenye kando, ilikuwa tayari kwa kuzinduliwa. Ilitosha kuondoa viunga ili meli ianze kuteleza. Tayari nusu dazeni ya maseremala walikuwa wakifanya kazi chini ya nguzo ya meli. Watazamaji walifuatilia shughuli hiyo kwa shauku ya kutaka kujua. Wakati huo, yacht ya kufurahisha ilionekana, ikizunguka ukingo wa pwani. Ili kuingia bandarini, jahazi hilo lililazimika kupita mbele ya eneo la meli ambako uzinduzi wa Trabocolo ulikuwa unatayarishwa, na mara tu alipotoa ishara hiyo, ilibidi ili kuepusha ajali, kuchelewesha uzinduzi huo ili rudi kazini baada ya boti kuingia kwenye mfereji. Ikiwa meli - moja iliyosimama, nyingine ikitembea kwa kasi kubwa - ingegongana, yacht ingeangamia.
Wafanyakazi waliacha kupiga nyundo. Macho yote yalikuwa yameelekezwa kwenye meli hiyo maridadi, ambayo tanga zake nyeupe zilionekana kupambwa kwa miale ya jua inayoteleza. Punde jahazi lilijikuta likielekeana na uwanja wa meli, ambapo umati wa watu elfu moja wenye shauku waliganda. Ghafla kilio cha kutisha kilisikika: Trabocolo iliyumbayumba na kuanza kusogea wakati huo huo yacht ilipogeuka nyota kuelekea kwake! Meli zote mbili zilikuwa tayari kugongana; hapakuwa na wakati wala fursa ya kuzuia mzozo huu. Trabocolo haraka iliteleza chini ya mteremko ... Moshi mweupe, ambao ulionekana kama matokeo ya msuguano, ulizunguka mbele ya upinde wake, wakati meli ilikuwa tayari imeingia ndani ya maji ya ghuba (meli ilikuwa ikishuka kwa ukali kwanza - Ya. P.).
Ghafla mtu anatokea, anashika laini ya kuning'inia inayoning'inia mbele ya Trabocolo, na kujaribu kuishikilia, akiinama chini. Kwa dakika moja yeye hufunga viunga kuzunguka bomba la chuma linalosukumwa ardhini na, akiwa katika hatari ya kupondwa, anashikilia kamba mikononi mwake kwa nguvu zinazopita za kibinadamu kwa sekunde 10. Mwishowe, viunga vinavunjika. Lakini sekunde hizi 10 zilitosha: Trabocolo, ikitumbukia ndani ya maji, iligusa kidogo tu yacht na kukimbilia mbele.
Yacht ilihifadhiwa. Kuhusu mtu ambaye hakuna hata mtu aliyekuwa na wakati wa kumsaidia - kila kitu kilifanyika haraka na bila kutarajia - alikuwa Matifu."
Mechanics inafundisha kwamba wakati kamba iliyojeruhiwa kwenye slaidi za bollard, nguvu ya msuguano hufikia thamani kubwa. Nambari ya juu ya zamu ya kamba, msuguano mkubwa zaidi; kanuni ya kuongezeka kwa msuguano ni kwamba, pamoja na ongezeko la idadi ya mapinduzi katika maendeleo ya hesabu, msuguano huongezeka katika maendeleo ya kijiometri. Kwa hiyo, hata mtoto dhaifu, akishikilia mwisho wa bure wa jeraha la kamba mara 3-4 kwenye shimoni iliyosimama, anaweza kusawazisha nguvu kubwa.
Kwenye nguzo za meli za mtoni, vijana hutumia mbinu hii kusimamisha meli huku mamia ya abiria wakikaribia magati. Sio nguvu ya ajabu ya mikono yao inayowasaidia, lakini msuguano wa kamba kwenye rundo.
Mwanahisabati maarufu wa karne ya 18 Euler alianzisha utegemezi wa nguvu ya msuguano juu ya idadi ya zamu ya kamba karibu na rundo. Kwa wale ambao hawatishiwi na lugha fupi ya misemo ya aljebra, tunawasilisha fomula hii ya kufundisha ya Euler:
Hapa F ni nguvu ambayo juhudi zetu f inaelekezwa. Barua e inaonyesha nambari 2.718 ... (msingi wa logarithms ya asili), k ni mgawo wa msuguano kati ya kamba na kusimama. Barua a inaashiria "angle ya vilima," yaani, uwiano wa urefu wa arc unaofunikwa na kamba kwenye radius ya arc hii.
Wacha tutumie fomula kwa kesi iliyoelezewa na Jules Verne. Matokeo yake yatakuwa ya kushangaza. Nguvu F katika kesi hii ni nguvu ya traction ya meli inayoteleza kando ya kizimbani. Uzito wa meli kutoka kwa riwaya inajulikana: tani 50. Hebu mteremko wa slipway uwe 0.1; basi haikuwa uzito kamili wa meli iliyotenda kwenye kamba, lakini 0.1 yake, yaani tani 5, au 5000 kg.
Kubadilisha maadili haya yote kwenye fomula ya Euler iliyo hapo juu inatoa mlinganyo
F isiyojulikana (yaani, kiasi cha nguvu kinachohitajika) inaweza kubainishwa kutoka kwa mlingano huu kwa kutumia logarithm:
Lg 5000 = lg f + 2n lg 2.72, wapi f = 9.3 kg.
Kwa hiyo, ili kutimiza kazi hiyo, jitu hilo lililazimika kuvuta kamba kwa nguvu ya kilo 10 tu!
Usifikiri kwamba takwimu hii - kilo 10 - ni ya kinadharia tu na kwamba kwa kweli jitihada nyingi zaidi zitahitajika. Kinyume chake, matokeo yetu yamezidishwa: kwa kamba ya katani na rundo la mbao, wakati mgawo wa msuguano k ni mkubwa zaidi, nguvu inayohitajika ni ya ujinga isiyo na maana. Ikiwa tu kamba ilikuwa na nguvu ya kutosha na inaweza kuhimili mvutano, basi hata mtoto dhaifu angeweza, akiwa amejeruhiwa kamba mara 3-4, si tu kurudia feat ya shujaa wa Jules Verne, lakini pia kumzidi.
Ni nini huamua nguvu ya vifungo?
Katika maisha ya kila siku, bila hata kujua, mara nyingi tunanufaika na manufaa ambayo fomula ya Euler inatuonyesha. Ni fundo gani ikiwa sio jeraha la kamba karibu na roller, jukumu ambalo katika kesi hii linachezwa na sehemu nyingine ya kamba sawa? Nguvu ya aina yoyote ya mafundo - ya kawaida, "gazebo", "bahari", mahusiano, pinde, nk - inategemea tu msuguano, ambao hapa umeimarishwa sana kutokana na ukweli kwamba lace inajifunga yenyewe, kama kamba kuzunguka. baraza la mawaziri. Hii ni rahisi kuthibitisha kwa kufuata bends ya lace katika fundo. Kadiri unavyopinda, kadiri twine inavyojifunga yenyewe, ndivyo "pembe ya vilima" inavyozidi kuongezeka na, kwa hivyo, fundo huwa na nguvu zaidi.
Mshonaji bila kujua huchukua fursa ya hali hiyo hiyo wakati wa kushona kwenye kifungo. Yeye hufunga uzi mara nyingi kuzunguka eneo la nyenzo iliyokamatwa kwa kushona na kisha kuivunja; Ikiwa tu thread ina nguvu, kifungo hakitatoka. Sheria ambayo tayari inajulikana kwetu inatumika hapa: kwa kuongezeka kwa idadi ya nyuzi zamu katika maendeleo ya hesabu, nguvu za kushona huongezeka katika maendeleo ya kijiometri.
Ikiwa hapakuwa na msuguano, hatukuweza kutumia vifungo: nyuzi zingefungua chini ya uzito wao na vifungo vitaanguka.
Ikiwa hakukuwa na msuguano
Unaona jinsi msuguano unavyojidhihirisha kwa njia mbalimbali na wakati mwingine zisizotarajiwa katika mazingira yanayotuzunguka. Msuguano unashiriki, na muhimu sana kwa hilo, ambapo hata hatushuku. Ikiwa msuguano ungetoweka ghafla kutoka kwa ulimwengu, matukio mengi ya kawaida yangeendelea kwa njia tofauti kabisa.
Mwanafizikia wa Ufaransa Guillaume anaandika kwa kupendeza sana juu ya jukumu la msuguano:
"Imetubidi sote kwenda nje katika hali ya barafu: ilichukua juhudi ngapi ili kujizuia tusianguke, ni harakati ngapi za kuchekesha ambazo tulilazimika kufanya ili kusimama! Hii inatulazimisha kutambua kwamba kwa kawaida ardhi tunayotembea ina ubora wa thamani unaotuwezesha kudumisha usawa wetu bila jitihada nyingi. Wazo hilohilo hutokea kwetu tunapoendesha baiskeli kwenye lami inayoteleza au farasi anapoteleza kwenye lami na kuanguka. Kwa kusoma matukio kama haya, tunakuja kwenye ugunduzi wa matokeo ambayo msuguano husababisha. Wahandisi wanajitahidi kuiondoa katika magari iwezekanavyo - na kufanya kazi nzuri. Katika mechanics iliyotumiwa, msuguano unasemwa kama jambo lisilofaa sana, na hii ni sahihi, lakini tu katika eneo nyembamba, maalum. Katika visa vingine vyote, tunapaswa kushukuru kwa msuguano: inatupa fursa ya kutembea, kuketi na kufanya kazi bila kuogopa vitabu na wino kuanguka sakafuni, au meza kuteleza hadi kugonga kona, au kalamu kuteleza kutoka kwetu. vidole.
Msuguano ni jambo la kawaida kwamba, isipokuwa nadra, sio lazima tuite kwa msaada: inakuja kwetu yenyewe.
Msuguano unakuza utulivu. Mafundi kusawazisha sakafu ili meza na viti vibaki pale vilipowekwa. Sahani, sahani, glasi zilizowekwa kwenye meza hubaki bila kusonga bila wasiwasi wowote maalum kwa upande wetu, isipokuwa ikitokea kwenye meli wakati wa kutikisa.
Wacha tufikirie kuwa msuguano unaweza kuondolewa kabisa. Kisha hakuna miili yoyote, iwe saizi ya mwamba au ndogo kama chembe za mchanga, itaweza kutulia kila mmoja: kila kitu kitateleza na kuviringika hadi kiishie kwa kiwango sawa. Ikiwa hapangekuwa na msuguano, Dunia ingekuwa tufe isiyo na dosari, kama kioevu.
Kwa hili tunaweza kuongeza kwamba kwa kukosekana kwa msuguano, misumari na skrubu zingetoka nje ya kuta, hakuna hata kitu kimoja ambacho kingeweza kushikiliwa kwa mikono, hakuna kimbunga kingeweza kusimama, hakuna sauti ambayo ingekoma, lakini ingeweza kurudia bila mwisho. bila kukoma, kwa mfano, kutoka kwa kuta za chumba.
Somo la kitu ambalo linatushawishi juu ya umuhimu mkubwa wa msuguano hutolewa kwetu kila wakati na barafu nyeusi. Kushikwa naye barabarani, tunajikuta tuko hoi na tuko kwenye hatari ya kuanguka kila wakati. Hapa kuna sehemu ya kufundisha kutoka kwa gazeti (Desemba 1927):
"London 21. Kwa sababu ya barafu kubwa, trafiki ya barabarani na tramu huko London ni ngumu sana. Takriban watu 1,400 walilazwa hospitalini wakiwa wamevunjika mikono, miguu n.k.
Kielelezo 22. Juu - sleds zilizobeba kwenye barabara ya barafu; farasi wawili hubeba tani 70 za mizigo. Chini ni barabara ya barafu; A - wimbo; B - skid; C - theluji iliyounganishwa; D - msingi wa udongo wa barabara.
"Katika mgongano uliotokea karibu na Hyde Park kati ya magari matatu na tram mbili, magari yaliharibiwa kabisa kutokana na mlipuko wa petroli ..."
"Paris 21. Barafu huko Paris na vitongoji vyake ilisababisha ajali nyingi..."
Walakini, msuguano mdogo kwenye barafu unaweza kutumiwa kwa mafanikio kiufundi. Tayari sleds za kawaida hutumika kama mfano wa hii. Hii inathibitishwa vyema zaidi na kinachojulikana kama barabara za barafu, ambazo zilipangwa kwa ajili ya kusafirisha mbao kutoka kwenye tovuti ya kukata hadi kwenye reli au kwa pointi za rafting. Katika barabara hiyo (Mchoro 22), ambayo ina reli za barafu laini, farasi wawili huvuta sleigh iliyobeba tani 70 za magogo.
Sababu ya kimwili ya maafa ya Chelyuskin
Kutoka kwa kile kilichosemwa sasa, mtu haipaswi kukimbilia kumalizia kwamba msuguano juu ya barafu hauwezekani chini ya hali zote. Hata kwenye joto karibu na sifuri, msuguano na barafu mara nyingi ni muhimu sana. Kuhusiana na kazi ya meli za kuvunja barafu, msuguano wa barafu ya bahari ya polar kwenye safu ya chuma ya meli ilichunguzwa kwa uangalifu. Ilibadilika kuwa ilikuwa kubwa bila kutarajia, sio chini ya msuguano wa chuma kwenye chuma: mgawo wa msuguano wa meli mpya ya chuma iliyowekwa kwenye barafu ni 0.2.
Ili kuelewa umuhimu wa takwimu hii kwa meli wakati wa kusafiri kwenye barafu, hebu tuangalie Mtini. 23; inaonyesha mwelekeo wa vikosi vinavyofanya kazi upande wa MN wa meli chini ya shinikizo la barafu. Nguvu ya shinikizo la barafu P imegawanywa katika nguvu mbili: R, perpendicular kwa bodi, na F, iliyoelekezwa tangential kwa bodi. Pembe kati ya P na R ni sawa na pembe a ya mwelekeo wa upande hadi wima. Nguvu ya msuguano Q ya barafu upande ni sawa na nguvu R iliyozidishwa na mgawo wa msuguano, yaani kwa 0.2; tunayo: Q = 0.2R. Ikiwa nguvu ya msuguano Q ni chini ya F, nguvu ya mwisho huburuta barafu ya kusukuma chini ya maji; barafu huteleza kando bila kuwa na wakati wa kusababisha madhara kwa meli. Ikiwa nguvu Q ni kubwa kuliko F, msuguano huingilia kati ya kuteleza kwa barafu, na barafu, ikiwa na shinikizo la muda mrefu, inaweza kuponda na kusukuma kando.
Kielelezo 23. "Chelyuskin", iliyopotea kwenye barafu. Chini: vikosi vinavyofanya kazi upande wa meli ya MN chini ya shinikizo la barafu.
Swali "F" ni lini? Ni rahisi kuona hivyo
kwa hivyo lazima kuwe na usawa:
na kwa kuwa Q = 0.2R, kukosekana kwa usawa Q «F husababisha mwingine:
0.2R “R tg a, au tg a” 0.2.
Kutumia meza, tunapata pembe ambayo tangent ni 0.2; ni sawa na 11 °. Hii inamaanisha Q "F wakati a" ni 11°. Hii huamua ni mwelekeo gani wa pande za meli kwa wima huhakikisha urambazaji salama katika barafu: mwelekeo lazima uwe angalau 11 °.
Wacha sasa tugeukie kifo cha "Chelyuskin". Meli hii, si meli ya kuvunja barafu, ilifanikiwa kuabiri njia nzima ya bahari ya kaskazini, lakini ilijikuta ikiwa imenasa kwenye barafu katika Mlango-Bahari wa Bering.
Barafu hiyo iliipeleka Chelyuskin hadi kaskazini na kuivunja (mnamo Februari 1934). Ukaaji wa kishujaa wa miezi miwili wa Chelyuskinites kwenye barafu na uokoaji wao na marubani mashujaa umehifadhiwa katika kumbukumbu ya wengi. Hapa kuna maelezo ya maafa yenyewe:
"Chuma chenye nguvu cha chombo hicho hakikuacha mara moja," mkuu wa msafara huo, O. Yu. Schmidt, aliripoti kwenye redio. "Ungeweza kuona jinsi barafu ilivyokuwa ikibanwa kando na jinsi karatasi za kupamba juu yake zilivyokuwa zikivimba, zikipinda kwa nje. Barafu iliendelea mwendo wake wa polepole lakini usiozuilika. Karatasi za chuma zilizovimba za sheathing ya hull zilipasuka kando ya seams. Rivets aliruka na ajali. Mara moja, upande wa kushoto wa stima uling'olewa kutoka kwa upinde hadi mwisho wa sitaha ... "
Baada ya yale ambayo yamesemwa katika makala hii, msomaji anapaswa kuelewa sababu ya kimwili ya maafa.
Matokeo ya vitendo yanafuata kutoka kwa hili: wakati wa kujenga meli zilizokusudiwa kwa urambazaji kwenye barafu, ni muhimu kutoa pande za mteremko wao sahihi, yaani angalau 11 °.
Fimbo ya kujisawazisha
Weka fimbo laini kwenye vidole vya index vya mikono yako iliyonyooshwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 24. Sasa sogeza vidole vyako kwa kila mmoja hadi viungane kwa nguvu. Jambo la ajabu! Inatokea kwamba katika nafasi hii ya mwisho fimbo haina ncha juu, lakini inaendelea usawa wake. Unafanya majaribio mara nyingi, kubadilisha nafasi ya awali ya vidole vyako, lakini matokeo ni sawa kila wakati: fimbo inageuka kuwa ya usawa. Ikiwa unabadilisha fimbo na mtawala wa kuchora, miwa yenye kisu, alama ya billiard, au brashi ya sakafu, utaona kipengele sawa. Je, ni suluhisho gani la mwisho usiotarajiwa? Kwanza kabisa, yafuatayo ni wazi: kwa kuwa fimbo ni ya usawa kwenye vidole vilivyounganishwa, basi ni wazi kwamba vidole vimeunganishwa chini ya kituo cha mvuto wa fimbo (mwili unabaki katika usawa ikiwa mstari wa bomba hutolewa kutoka katikati. ya mvuto hupita ndani ya mipaka ya msaada).
Wakati vidole vinaenea kando, mzigo mkubwa huanguka kwenye kidole kilicho karibu na katikati ya mvuto wa fimbo. Shinikizo linapoongezeka, msuguano pia huongezeka: kidole karibu na katikati ya mvuto hupata msuguano zaidi kuliko kidole kilicho mbali zaidi. Kwa hiyo, kidole karibu na kituo cha mvuto haiingizii chini ya fimbo; Kidole tu ambacho kiko mbali zaidi kutoka kwa hatua hii husonga kila wakati. Mara tu kidole kinachotembea kinakaribia katikati ya mvuto kuliko nyingine, vidole vinabadilisha majukumu; kubadilishana vile hufanywa mara kadhaa mpaka vidole viungane kwa karibu. Na kwa kuwa moja tu ya vidole husogea kila wakati, ambayo ni mbali zaidi kutoka katikati ya mvuto, ni kawaida kwamba katika nafasi ya mwisho vidole vyote vinaungana chini ya kituo cha mvuto wa fimbo.
Kielelezo 24. Jaribio na mtawala. Upande wa kulia ni mwisho wa jaribio.
Kielelezo 25. Jaribio sawa na brashi ya sakafu. Kwa nini mizani iko nje ya usawa?
Kabla ya kumaliza jaribio hili, kurudia kwa brashi ya sakafu (Mchoro 25, hapo juu) na ujiulize swali hili; Ikiwa ukata brashi mahali ambapo inaungwa mkono na vidole vyako, na kuweka sehemu zote mbili kwenye vikombe tofauti vya mizani (Kielelezo 25, chini), basi ni kikombe gani kitashinda - kwa fimbo au kwa brashi?
Inaweza kuonekana kuwa kwa kuwa sehemu zote mbili za brashi zilisawazisha kila mmoja kwenye vidole, zinapaswa pia kusawazishwa kwenye mizani. Kwa kweli, kikombe kilicho na brashi kitazidi. Sababu si vigumu nadhani ikiwa tunazingatia kwamba wakati brashi ilikuwa na usawa kwenye vidole, nguvu za uzito wa sehemu zote mbili zilitumiwa kwa mikono isiyo sawa ya lever; katika kesi ya mizani, nguvu sawa hutumiwa hadi mwisho wa lever ya silaha sawa.
Kwa "Banda la Sayansi ya Burudani" katika Hifadhi ya Utamaduni ya Leningrad, niliamuru seti ya vijiti na nafasi tofauti za katikati ya mvuto; vijiti vilitenganishwa katika sehemu mbili za kawaida zisizo sawa hasa mahali ambapo kituo cha mvuto kilikuwa. Kuweka sehemu hizi kwenye mizani, wageni walishangaa kuona kwamba sehemu fupi ilikuwa nzito kuliko sehemu ndefu.
Sura ya Tatu
MZUNGUKO WA MZUNGUKO.
Kwa nini kilele kinachozunguka hakianguki?
Kati ya maelfu ya watu ambao walicheza na juu kama watoto, sio wengi wataweza kujibu swali hili kwa usahihi. Je, kwa kweli, tunawezaje kueleza ukweli kwamba sehemu ya juu inayozunguka, iliyowekwa kwa wima au hata inaelekea, haina ncha juu, kinyume na matarajio yote? Je, ni nguvu gani inayomshikilia katika nafasi hiyo inayoonekana kutokuwa thabiti? Je, uzito haumuathiri?
Kuna mwingiliano wa kuvutia sana wa nguvu unaofanyika hapa. Nadharia ya juu inayozunguka sio rahisi, na hatutaingia ndani zaidi. Wacha tueleze sababu kuu tu kwa nini sehemu ya juu inayozunguka haianguki.
Katika Mtini. 26 inaonyesha sehemu ya juu inayozunguka katika mwelekeo wa mishale. Angalia sehemu A ya ukingo wake na sehemu B mkabala nayo. Sehemu A inaelekea kuondoka kwako, sehemu B kuelekea kwako. Sasa angalia ni aina gani ya harakati zinazopokea sehemu hizi unapoinamisha mhimili wa juu kuelekea kwako. Kwa msukumo huu unalazimisha sehemu A kusogea juu, sehemu B kusogea chini; sehemu zote mbili hupokea msukumo kwenye pembe za kulia kwa mwendo wao wenyewe. Lakini kwa kuwa wakati wa kuzunguka kwa kasi ya juu kasi ya pembeni ya sehemu za diski ni ya juu sana, kasi isiyo na maana unayoripoti, na kuongeza hadi kasi kubwa ya mzunguko wa uhakika, inatoa matokeo karibu sana na kasi hii ya mviringo - na. harakati ya juu karibu haibadilika. Hii inaweka wazi kwa nini sehemu ya juu inaonekana kupinga jaribio la kuipindua. Kadiri sehemu ya juu ya juu inavyozidi kuwa kubwa na inavyozunguka kwa kasi, ndivyo inavyopinga kwa ukaidi kupindua.
Kielelezo 26. Kwa nini kilele cha juu hakianguki?
Mchoro 27. Sehemu ya juu inayozunguka, inapotupwa, huhifadhi mwelekeo wa awali wa mhimili wake.
Kiini cha maelezo haya kinahusiana moja kwa moja na sheria ya inertia. Kila chembe ya sehemu ya juu husogea kwenye mduara katika ndege iliyo sawa na mhimili wa mzunguko. Kulingana na sheria ya hali ya hewa, kila wakati chembe huelekea kuhama kutoka kwa duara hadi kwenye mstari wa moja kwa moja wa tangent hadi duara. Lakini kila tangent iko katika ndege sawa na mduara yenyewe; kwa hivyo, kila chembe huwa na mwelekeo wa kusonga ili kubaki wakati wote katika ndege iliyo sawa na mhimili wa mzunguko. Inafuata kwamba ndege zote za juu, perpendicular kwa mhimili wa mzunguko, huwa na kudumisha nafasi yao katika nafasi, na kwa hiyo perpendicular ya kawaida kwao, yaani, mhimili wa mzunguko yenyewe, pia huwa na kudumisha mwelekeo wake.
Hatutazingatia harakati zote za juu zinazotokea wakati nguvu ya nje inatenda juu yake. Hili lingehitaji maelezo ya kina sana, ambayo pengine yangeonekana kuwa ya kuchosha. Nilitaka tu kuelezea sababu ya hamu ya mwili wowote unaozunguka kudumisha mwelekeo wa mhimili wa mzunguko bila kubadilika.
Mali hii hutumiwa sana na teknolojia ya kisasa. Vifaa mbalimbali vya gyroscopic (kulingana na mali ya juu) - dira, vidhibiti, nk - vimewekwa kwenye meli na ndege.
Vile ni matumizi muhimu ya toy inayoonekana rahisi.
Sanaa ya jugglers
Ujanja mwingi wa kushangaza wa programu anuwai ya mauzauza pia inategemea mali ya miili inayozunguka ili kudumisha mwelekeo wa mhimili wa mzunguko. Hebu ninukuu sehemu ya kitabu cha kuvutia cha mwanafizikia wa Kiingereza Prof. John Perry's Spinning Juu.
Mchoro 28. Jinsi sarafu inayotupwa kwa mzunguko inaruka.
Mchoro 29. Sarafu iliyotupwa bila kuzungushwa inatua katika nafasi ya nasibu.
Mchoro 30. Kofia ya kutupwa ni rahisi kukamata ikiwa imepewa mzunguko kuzunguka mhimili wake.
"Siku moja nilikuwa nikionyesha baadhi ya majaribio yangu kwa watazamaji wakinywa kahawa na kuvuta tumbaku katika Ukumbi mzuri wa Tamasha la Victoria huko London. Nilijaribu kuwavutia wasikilizaji wangu kadiri nilivyoweza, na nikazungumza kuhusu jinsi pete bapa inavyopaswa kupewa mzunguko ikiwa mtu anataka kuirusha ili aweze kuonyesha mapema mahali itakapoanguka; Wanafanya vivyo hivyo ikiwa wanataka kumtupia mtu kofia ili apate kitu hiki kwa fimbo. Unaweza daima kutegemea upinzani ambao mwili unaozunguka hufanya wakati mwelekeo wa mhimili wake unabadilishwa. Nilizidi kuwaeleza wasikilizaji wangu kwamba, baada ya kung'arisha pipa la kanuni vizuri, mtu hawezi kamwe kutegemea usahihi wa kuona; Kama matokeo, midomo yenye bunduki sasa imetengenezwa, ambayo ni kwamba, miiko yenye umbo la ond hukatwa ndani ya muzzle wa kanuni ambayo miisho ya mpira wa bunduki au projectile inafaa, ili ya mwisho ipate harakati ya kuzunguka wakati nguvu. ya mlipuko wa baruti huilazimisha kusonga kando ya mkondo wa mizinga. Shukrani kwa hili, projectile inaacha bunduki na harakati iliyoelezwa kwa usahihi ya mzunguko.
Hiyo ndiyo tu ningeweza kufanya wakati wa mhadhara huu, kwa kuwa sina ustadi wa kutupa kofia au diski. Lakini baada ya kumaliza mhadhara wangu, wacheza juggle wawili walitokea jukwaani, na sikuweza kutamani kielelezo bora cha sheria zilizotajwa hapo juu kuliko ile iliyotolewa na kila hila ya kibinafsi iliyofanywa na wasanii hawa wawili. Walirushia kofia zinazozunguka, hoops, sahani, miavuli kwa kila mmoja ... Mmoja wa jugglers akarusha safu nzima ya visu hewani, akavishika tena na kuvitupa tena kwa usahihi mkubwa; wasikilizaji wangu, wakiwa wamesikia tu maelezo ya matukio haya, walifurahi kwa furaha; aliona mzunguko ambao juggler alitoa kwa kila kisu, akitoa kutoka kwa mikono yake, ili pengine ajue ni katika nafasi gani kisu kingemrudia tena. Kisha nilistaajabu kwamba karibu bila ubaguzi mbinu zote za mauzauza zilizofanywa jioni hiyo zilikuwa kielelezo cha kanuni iliyotajwa hapo juu.”
Suluhisho mpya kwa shida ya Columbus
Columbus alitatua shida yake maarufu ya jinsi ya kuweka yai kwa urahisi sana: alivunja ganda lake. Uamuzi huu ni, kwa asili, sio sahihi: baada ya kuvunja shell ya yai, Columbus alibadilisha sura yake na, kwa hiyo, hakuweka yai, lakini mwili mwingine; baada ya yote, kiini kizima cha tatizo ni katika sura ya yai: kwa kubadilisha sura, tunabadilisha yai na mwili mwingine. Columbus hakutoa suluhisho kwa mwili ambao ulitafutwa.
Mchoro 31. Suluhisho la tatizo la Columbus: yai huzunguka likiwa limesimama mwisho wake.
Wakati huo huo, unaweza kutatua tatizo la navigator kubwa bila kubadilisha sura ya yai kabisa, ikiwa unatumia mali ya juu; Ili kufanya hivyo, inatosha tu kuweka yai kwenye harakati ya kuzunguka karibu na mhimili wake mrefu - na itasimama kwa muda juu ya mwisho mkali au hata mkali bila kupindua. Kielelezo kinaonyesha jinsi ya kufanya hivyo: yai hupewa harakati za mzunguko kwa vidole vyako. Kuondoa mikono yako, utaona kwamba yai inaendelea kuzunguka kwa muda: tatizo linatatuliwa.
Kwa jaribio, lazima uchukue mayai ya kuchemsha. Kizuizi hiki hakipingani na masharti ya shida ya Columbus: baada ya kuipendekeza, Columbus mara moja alichukua yai kutoka kwenye meza, na, labda, sio mayai mabichi yalitolewa kwenye meza. Hutaweza kupata yai mbichi ili kuzunguka wima, kwa sababu misa ya kioevu ya ndani ni breki katika kesi hii. Hii, kwa njia, ni njia rahisi ya kutofautisha mayai ghafi kutoka kwa yale ya kuchemsha - mbinu inayojulikana kwa mama wengi wa nyumbani.
"Kuharibiwa" mvuto
"Maji hayamiminiki kutoka kwa chombo kinachozunguka, haimwagiki hata wakati chombo kinapinduliwa, kwa sababu mzunguko unaingilia hii," aliandika Aristotle miaka elfu mbili iliyopita. Katika Mtini. 32 inaonyesha jaribio hili la kushangaza, ambalo, bila shaka, linajulikana kwa wengi: kwa kuzungusha ndoo ya maji haraka vya kutosha, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, unafanikiwa kuwa maji hayamwagiki hata katika sehemu hiyo ya njia ambayo ndoo hiyo inachukuliwa. inageuzwa juu chini.
Katika maisha ya kila siku, ni kawaida kuelezea jambo hili kwa "nguvu ya katikati," ikimaanisha kwamba nguvu ya kufikiria ambayo inadaiwa kutumika kwa mwili na huamua hamu yake ya kuondoka katikati ya mzunguko. Nguvu hii haipo: tamaa hii sio zaidi ya udhihirisho wa inertia, na harakati yoyote kwa inertia hufanyika bila ushiriki wa nguvu. Katika fizikia, nguvu ya katikati inamaanisha kitu kingine, yaani, nguvu halisi ambayo mwili unaozunguka huvuta uzi unaoushikilia au kushinikiza kwenye njia yake iliyopinda. Nguvu hii haitumiki kwa mwili unaosonga, lakini kwa kizuizi kinachozuia kusonga kwa mstatili: kwa nyuzi, kwa reli kwenye sehemu iliyopindika ya wimbo, nk.
Kugeuka kwa kuzunguka kwa ndoo, tutajaribu kuelewa sababu ya jambo hili, bila kuamua hata kidogo kwa dhana isiyoeleweka ya "nguvu ya centrifugal". Hebu tujiulize swali: mkondo wa maji utaenda wapi ikiwa shimo litatengenezwa kwenye ukuta wa ndoo? Ikiwa hapakuwa na mvuto, ndege ya maji ingekuwa, kwa inertia, itaelekezwa kando ya tangent AK kwenye mduara AB (Mchoro 32). Mvuto husababisha ndege kupungua na kuelezea mkunjo (parabola AR). Ikiwa kasi ya pembeni ni ya juu vya kutosha, curve hii itakuwa nje ya mduara AB. Mto huo unaonyesha mbele yetu njia ambayo, wakati ndoo inazunguka, maji yangesonga ikiwa ndoo haikuingilia shinikizo juu yake. Sasa ni wazi kwamba maji haifai kabisa kusonga kwa wima chini, na kwa hiyo haina kumwaga nje ya ndoo. Inaweza kumwagika tu ikiwa ndoo ilikuwa na shimo lililoelekea upande wa mzunguko wake.
Mchoro 32. Kwa nini maji hayatoki kwenye ndoo inayozunguka?
Sasa hesabu kwa kasi gani ndoo inapaswa kuzungushwa katika jaribio hili ili maji yasimwage kutoka kwake. Kasi hii lazima iwe hivyo kwamba kasi ya katikati ya ndoo inayozunguka sio chini ya kuongeza kasi ya mvuto: basi njia ambayo maji huelekea kusonga italala nje ya mduara ulioelezewa na ndoo, na maji hayatabaki nyuma. ndoo popote. Njia ya kuhesabu kuongeza kasi ya centripetal W ni;
ambapo v ni kasi ya pembeni, R ni radius ya njia ya mviringo. Kwa kuwa kuongeza kasi ya mvuto kwenye uso wa dunia ni g = 9.8 m/sec2, tuna usawa v2/R» = 9.8. Ikiwa tunaweka R sawa na cm 70, basi
Uwezo wa kioevu kushinikiza dhidi ya kuta za chombo ambacho huzunguka mhimili wa usawa hutumiwa katika teknolojia kwa kinachojulikana kama centrifugal casting. Katika kesi hii, ni muhimu kwamba kioevu kikubwa kinawekwa na mvuto maalum: vipengele vizito zaidi vinapatikana kutoka kwa mhimili wa mzunguko, wale nyepesi huchukua mahali karibu na mhimili. Matokeo yake, gesi zote zilizomo katika chuma kilichoyeyuka na kutengeneza kinachojulikana kama "shells" katika kutupwa hutolewa kutoka kwa chuma kwenye sehemu ya ndani, mashimo ya kutupwa. Bidhaa zilizotengenezwa kwa njia hii ni mnene na hazina ganda. Kutupa kwa centrifugal ni nafuu zaidi kuliko ukingo wa sindano ya kawaida na hauhitaji vifaa ngumu.
Wewe kama Galileo
Kwa wapenzi wa hisia kali, wakati mwingine burudani ya kipekee sana hupangwa - kinachojulikana kama "swing ya shetani". Kulikuwa na swing kama hiyo huko Leningrad. Sikulazimika kuizungusha mwenyewe, na kwa hivyo nitatoa hapa maelezo yake kutoka kwa mkusanyiko wa furaha wa kisayansi wa Fedo:
"Bembea imesimamishwa kutoka kwa baa yenye nguvu ya mlalo iliyotupwa kwenye chumba kwa urefu unaojulikana juu ya sakafu. Kila mtu anapokuwa ameketi, mhudumu aliyepewa kazi maalum hufunga mlango wa mbele, huondoa ubao unaotumiwa kuingia, na, akitangaza kwamba sasa atawapa watazamaji fursa ya kuchukua safari fupi ya ndege, anaanza kuzungusha bembea kwa upole. Baada ya hayo, yeye hukaa nyuma na swing, kama kocha kwenye visigino vyake, au anatoka kabisa kwenye ukumbi.
Wakati huo huo, swings ya swing inakuwa kubwa na kubwa; inaonekana huinuka hadi urefu wa upau, kisha huenda zaidi yake, juu na juu, na hatimaye inaelezea mduara kamili. Harakati huharakisha zaidi na zaidi, na swingers, ingawa kwa sehemu kubwa tayari wameonywa, hupata hisia zisizoweza kuepukika za kuyumba na harakati za haraka; Inaonekana kwao kwamba wanakimbilia kichwa chini kwenye nafasi, ili kwa hiari yao kunyakua migongo ya viti ili wasianguke.
Lakini upeo huanza kupungua; swing haipanda tena hadi urefu wa msalaba, na baada ya sekunde chache huacha kabisa.
Kielelezo 33. Mchoro wa kifaa cha "swing ya shetani".
Kwa kweli, swing ilining'inia bila kusonga wakati wote jaribio likiendelea, na chumba chenyewe, kwa usaidizi wa utaratibu rahisi sana, kiligeuza watazamaji kuzunguka mhimili mlalo. Aina mbalimbali za samani zimefungwa kwenye sakafu au kuta za ukumbi; taa, kuuzwa kwa meza kwa namna ambayo inaonekana kwa urahisi kwa ncha juu, lina balbu ya incandescent ya umeme iliyofichwa chini ya kofia kubwa. Mhudumu, ambaye inaonekana alikuwa akitingisha bembea, akitoa misukumo nyepesi, kwa asili, aliifananisha na mitetemo nyepesi ya ukumbi na akajifanya bembea tu. Hali nzima inachangia mafanikio kamili ya udanganyifu."
Siri ya udanganyifu, kama unaweza kuona, ni rahisi sana. Na bado, ikiwa sasa, tayari unajua ni jambo gani, ulijikuta kwenye "swing ya kushangaza", bila shaka ungeshindwa na udanganyifu. Hiyo ni nguvu ya udanganyifu!
Kumbuka shairi la Pushkin "Movement"?
Hakuna harakati, alisema sage ndevu.
Ikiwa jukwaa linalozunguka limepewa curvature ambayo kwa kasi fulani uso wake ni sawa na matokeo kwa kila hatua, basi mtu aliyewekwa kwenye sakafu atahisi katika pointi zake zote kana kwamba kwenye ndege ya usawa. Kwa hesabu ya hisabati iligunduliwa kuwa uso kama huo uliopindika ni uso wa mwili maalum wa kijiometri - paraboloid. Inaweza kupatikana kwa kuzunguka kwa haraka kioo nusu iliyojaa maji karibu na mhimili wima: basi maji kwenye kando yatapanda, katikati itaanguka, na uso wake utachukua sura ya paraboloid.
Ikiwa badala ya maji tunamwaga nta iliyoyeyuka kwenye glasi na kuendelea kuzunguka hadi nta iko chini, basi uso wake mgumu utatupa sura halisi ya paraboloid. Kwa kasi fulani ya mzunguko, uso kama huo ni kwa miili nzito, kana kwamba ni ya usawa: mpira uliowekwa wakati wowote hauingii chini, lakini unabaki kwenye kiwango hiki (Mchoro 36).
Sasa itakuwa rahisi kuelewa muundo wa mpira wa "enchanted".
Chini yake (Kielelezo 37) kinaundwa na jukwaa kubwa linalozunguka, ambalo linapewa curvature ya paraboloid. Ingawa mzunguko ni laini sana kutokana na utaratibu uliofichwa chini ya jukwaa, watu kwenye jukwaa bado wangehisi kizunguzungu ikiwa vitu vilivyozunguka havingesogea navyo; ili kuzuia mtazamaji asitambue harakati, jukwaa linawekwa ndani ya mpira mkubwa na kuta za opaque, ambazo huzunguka kwa kasi sawa na jukwaa yenyewe.
Mchoro 36. Ikiwa kioo hiki kinazungushwa kwa kasi ya kutosha, mpira hautazunguka chini.
Kielelezo 37. Mpira wa "Enchanted" (sehemu).
Huu ni muundo wa jukwa hili, ambalo linaitwa nyanja ya "enchanted" au "uchawi". Je, unapata uzoefu gani ukiwa kwenye jukwaa ndani ya nyanja? Inapozunguka, sakafu chini ya miguu yako ni ya usawa, haijalishi uko wapi kwenye curve ya jukwaa - kwenye mhimili, ambapo sakafu ni ya usawa, au kwenye ukingo, ambapo inaelekea 45 °. Macho huona waziwazi, lakini hisia ya misuli inaonyesha kuwa kuna mahali pa usawa chini yako.
Ushahidi wa hisia zote mbili unapingana kwa njia ya kushangaza zaidi. Ikiwa unatoka kwenye makali moja ya jukwaa hadi nyingine, itaonekana kwako kana kwamba mpira mzima mkubwa, kwa urahisi wa Bubble ya sabuni, umezunguka hadi upande mwingine chini ya uzito wa mwili wako: baada ya yote, katika kila hatua unahisi kana kwamba uko kwenye ndege iliyo mlalo. Na nafasi ya watu wengine waliosimama kwenye jukwaa inapaswa kuonekana isiyo ya kawaida kwako: itaonekana kuwa watu wanatembea kwenye kuta kama nzi (Mchoro 39).
Maji yaliyomiminwa kwenye sakafu ya mpira uliorogwa yangeenea kwa safu sawa juu ya uso wake uliojipinda. Inaweza kuonekana kwa watu kwamba maji hapa yamesimama mbele yao kama ukuta ulioinama.
Mawazo ya kawaida kuhusu sheria za uvutano yanaonekana kughairiwa katika mpira huu wa ajabu, na tunasafirishwa hadi kwenye ulimwengu wa ajabu wa maajabu...
Rubani hupata hisia sawa wakati wa kugeuka. Kwa hivyo, ikiwa anaruka kwa kasi ya kilomita 200 kwa saa kando ya curve yenye radius ya 500 m, basi dunia inapaswa kuonekana kwake kuwa imeinuliwa na kutega kwa 16 °.
Kielelezo 38. Msimamo wa kweli wa watu ndani ya mpira "uliorogwa".
Kielelezo 39. Msimamo uliowasilishwa kwa kila mmoja wa wageni wawili.
Kielelezo 40. Maabara inayozunguka - nafasi halisi.
Kielelezo 41. Nafasi inayoonekana ya maabara sawa inayozunguka.
Huko Ujerumani, katika jiji la Göttingen, maabara sawa ya kupokezana ilijengwa kwa utafiti wa kisayansi. Hii (Mchoro 40) ni chumba cha cylindrical 3 m kipenyo, kinachozunguka kwa kasi ya hadi mapinduzi 50 kwa pili. Kwa kuwa sakafu ya chumba ni gorofa, wakati wa kuzunguka, inaonekana kwa mtazamaji amesimama karibu na ukuta kwamba chumba kinapigwa nyuma, na yeye mwenyewe ameketi kwenye ukuta wa mteremko (Mchoro 41).
Darubini ya kioevu
Umbo bora zaidi kwa kioo cha darubini inayoakisi ni kimfano, i.e. sura ambayo uso wa kioevu kwenye chombo kinachozunguka huchukua kawaida. Wabunifu wa darubini hutumia kazi nyingi sana kukipa kioo sura hii. Kutengeneza kioo kwa darubini huchukua miaka. Mwanafizikia wa Amerika Wood aliepuka shida hizi kwa kuunda kioo kioevu: kwa kuzungusha zebaki kwenye chombo pana, alipata uso bora wa kimfano ambao unaweza kuchukua jukumu la kioo, kwani zebaki huakisi mionzi ya mwanga vizuri. Darubini ya Wood iliwekwa kwenye kisima kifupi.
Hasara ya darubini, hata hivyo, ni kwamba mshtuko mdogo hupiga uso wa kioo kioevu na kupotosha picha, pamoja na ukweli kwamba kioo cha usawa hufanya iwezekanavyo kuchunguza moja kwa moja tu taa hizo ambazo ziko kwenye kilele.
"Kitanzi cha shetani"
Huenda unafahamu hila ya kustaajabisha ya baiskeli wakati mwingine inayofanywa katika sarakasi: mwendesha baiskeli hupanda kitanzi kutoka chini hadi juu na kukamilisha mduara mzima, licha ya kulazimika kupanda kichwa chini juu ya duara. Njia ya mbao imepangwa kwenye uwanja kwa namna ya kitanzi chenye mkunjo mmoja au kadhaa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wetu wa 42. Msanii anaendesha baiskeli chini ya sehemu inayoelekea ya kitanzi, kisha anaondoka haraka juu ya farasi wake wa chuma. , pamoja na sehemu yake ya mduara, na kufanya zamu kamili, kihalisi chini ya kichwa, na kuteleza kwa usalama hadi chini.
Kielelezo 42. "Kitanzi cha Ibilisi." Chini ya kushoto ni mchoro kwa ajili ya hesabu.
Ujanja huu wa kutatanisha wa baiskeli unaonekana kuwa urefu wa sanaa ya sarakasi. Umma uliochanganyikiwa unajiuliza kwa mshangao: ni nguvu gani ya ajabu inayomshikilia daredevil juu chini? Wale ambao hawana uaminifu wako tayari kushuku udanganyifu wa busara hapa, lakini wakati huo huo hakuna kitu kisicho cha kawaida katika hila. Inaelezewa kabisa na sheria za mechanics. Mpira wa billiard uliozinduliwa kwenye njia hii ungefanya vivyo hivyo bila mafanikio kidogo. Kuna "vitanzi vya Ibilisi" vidogo katika madarasa ya fizikia ya shule.
Mwisho wa jaribio lisilolipishwa.
Ya. I. Perelman
Fizikia ya kufurahisha
KUTOKA KWA MHARIRI
Toleo lililopendekezwa la "Fizikia ya Kuburudisha" na Ya.I. Perelman anarudia zile nne zilizopita. Mwandishi alifanya kazi kwenye kitabu kwa miaka mingi, kuboresha maandishi na kuongezea, na kwa mara ya mwisho wakati wa maisha ya mwandishi kitabu kilichapishwa mwaka wa 1936 (toleo la kumi na tatu). Wakati wa kutoa matoleo yaliyofuata, wahariri hawakuweka kama lengo lao marekebisho makubwa ya maandishi au nyongeza muhimu: mwandishi alichagua maudhui kuu ya "Fizikia ya Burudani" kwa njia ambayo, wakati akionyesha na kuimarisha maelezo ya msingi kutoka kwa fizikia, haijapitwa na wakati hadi leo. Kwa kuongezea, wakati wa baada ya 1936 mengi tayari yamepita kwamba hamu ya kutafakari mafanikio ya hivi karibuni ya fizikia ingesababisha ongezeko kubwa la kitabu na mabadiliko katika "uso" wake. Kwa mfano, maandishi ya mwandishi juu ya kanuni za kukimbia kwa anga haijapitwa na wakati, na tayari kuna nyenzo nyingi za kweli katika eneo hili kwamba mtu anaweza tu kuelekeza msomaji kwa vitabu vingine vilivyotolewa kwa mada hii.
Matoleo ya kumi na nne na kumi na tano (1947 na 1949) yalichapishwa chini ya uhariri wa Prof. A. B. Mlodzeevsky. Profesa Mshiriki alishiriki katika utayarishaji wa toleo la kumi na sita (1959 - 1960). V.A. Ugarov. Wakati wa kuhariri machapisho yote yaliyochapishwa bila mwandishi, takwimu zilizopitwa na wakati zilibadilishwa tu, miradi ambayo haikujitetea iliondolewa, na nyongeza na maelezo ya mtu binafsi yalifanywa.
Katika kitabu hiki, mwandishi anajitahidi sio sana kutoa maarifa mapya kwa msomaji, lakini kumsaidia "kujua kile anachojua," ambayo ni, kuongeza na kufufua habari za kimsingi kutoka kwa fizikia ambayo tayari anayo, mfundishe jinsi. kuisimamia kwa uangalifu na kumtia moyo kuitumia kwa njia nyingi. Hii inafanikiwa kwa kuchunguza mfululizo wa puzzles ya motley, maswali tata, hadithi za burudani, matatizo ya kufurahisha, paradoksia na ulinganisho usiotarajiwa kutoka kwa uwanja wa fizikia, unaohusiana na matukio ya kila siku au inayotolewa kutoka kwa kazi zinazojulikana za uongo wa kisayansi. Mkusanyaji alitumia aina ya mwisho ya nyenzo haswa kwa upana, akizingatia kuwa inafaa zaidi kwa madhumuni ya mkusanyiko: manukuu kutoka kwa riwaya na hadithi za Jules Verne, Wells, Mark Twain na wengine wamepewa. Uzoefu mzuri ulioelezewa ndani yao, kwa kuongeza. kwa majaribu yao, inaweza pia kuwa na fungu muhimu katika ubora wa kufundisha wakati wa kufundisha.
Mkusanyaji alijaribu, kadiri alivyoweza, kutoa uwasilishaji fomu ya kuvutia ya nje na kuwasilisha mvuto wa somo. Aliongozwa na axiom ya kisaikolojia kwamba maslahi katika somo huongeza tahadhari, kuwezesha kuelewa na, kwa hiyo, huchangia ufahamu zaidi na wa kudumu.
Kinyume na desturi iliyoanzishwa kwa mikusanyiko ya aina hii, katika "Fizikia ya Kuburudisha" kuna nafasi ndogo sana inayotolewa kwa maelezo ya majaribio ya kimwili ya kuchekesha na ya kuvutia. Kitabu hiki kina madhumuni tofauti na mikusanyiko inayotoa nyenzo za majaribio. Kusudi kuu la "Fizikia ya Burudani" ni kusisimua shughuli ya fikira za kisayansi, kumzoeza msomaji kufikiria katika roho ya sayansi ya mwili na kuunda katika kumbukumbu yake vyama vingi vya maarifa ya mwili na matukio anuwai ya maisha, na. kila kitu ambacho kwa kawaida hukutana nacho. Mtazamo ambao mkusanyaji alijaribu kufuata wakati wa kusahihisha kitabu hicho ulitolewa na V.I. Lenin kwa maneno yafuatayo: "Mwandishi maarufu humwongoza msomaji kwenye wazo la kina, kwa mafundisho ya kina, kulingana na data rahisi na inayojulikana kwa ujumla, akielekeza. nje kwa msaada wa hoja rahisi au mifano kuu iliyochaguliwa vizuri hitimisho kutoka kwa data hizi, na kusababisha msomaji anayefikiria kwa maswali zaidi na zaidi. Mwandishi maarufu hachukulii msomaji ambaye hafikirii, hataki, au hawezi kufikiri; badala yake, anafikiri katika msomaji ambaye hajakuzwa nia ya dhati ya kufanya kazi na kichwa chake. husaidia kufanya kazi hii nzito na ngumu, humwongoza, humsaidia kuchukua hatua zake za kwanza na kufundisha endelea peke yako” [V. I. Lenin. Mkusanyiko mfano., mh. 4, juzuu ya 5, ukurasa wa 285.].
Kwa kuzingatia shauku iliyoonyeshwa na wasomaji katika historia ya kitabu hiki, tunatoa maelezo fulani ya biblia kukihusu.
"Fizikia ya Burudani" "ilizaliwa" robo ya karne iliyopita na ilikuwa mzaliwa wa kwanza katika familia kubwa ya kitabu cha mwandishi wake, ambayo sasa ina idadi ya wanachama kadhaa.
"Fizikia ya kuburudisha" ilikuwa na bahati ya kupenya - kama barua kutoka kwa wasomaji zinavyoshuhudia - kwenye pembe za mbali zaidi za Muungano.
Usambazaji mkubwa wa kitabu, ukishuhudia shauku kubwa ya duru pana katika maarifa ya mwili, huweka jukumu kubwa kwa mwandishi kwa ubora wa nyenzo zake. Ufahamu wa jukumu hili unaelezea mabadiliko mengi na nyongeza kwa maandishi ya "Fizikia ya Burudani" wakati wa matoleo yanayorudiwa. Kitabu hicho, mtu anaweza kusema, kiliandikwa wakati wa miaka yote 25 ya kuwepo kwake. Katika toleo la hivi karibuni, karibu nusu ya maandishi ya kwanza yamehifadhiwa, na karibu hakuna vielelezo.
Mwandishi alipokea maombi kutoka kwa wasomaji wengine ya kukataa kurekebisha maandishi, ili wasiwalazimishe "kununua kila toleo jipya kwa sababu ya kurasa kadhaa mpya." Mawazo kama haya hayawezi kumuondoa mwandishi kutoka kwa jukumu la kuboresha kazi yake kwa kila njia inayowezekana. "Fizikia ya Burudani" sio kazi ya hadithi, lakini kazi ya kisayansi, ingawa ni maarufu. Somo lake - fizikia - hata katika misingi yake ya awali hutajiriwa kila mara na nyenzo mpya, na kitabu lazima kijumuishe mara kwa mara katika maandishi yake.
Kwa upande mwingine, mara nyingi mtu husikia lawama kwamba "Fizikia ya Burudani" haitoi nafasi kwa mada kama vile maendeleo ya hivi karibuni ya teknolojia ya redio, mgawanyiko wa kiini cha atomiki, nadharia za kisasa za mwili, n.k. Lawama za aina hii ni matunda ya kutokuelewana. "Fizikia ya Burudani" ina lengo maalum sana; kuzingatia masuala haya ni kazi ya kazi nyingine.
"Fizikia ya Burudani," pamoja na kitabu chake cha pili, ina kazi zingine kadhaa za mwandishi huyo huyo. Moja imekusudiwa kwa msomaji ambaye hajajitayarisha kwa kiasi ambaye bado hajaanza utafiti wa kimfumo wa fizikia, na inaitwa "Fizikia katika Kila Hatua" (iliyochapishwa na "Detizdat"). Wengine wawili, kinyume chake, wanarejelea wale ambao tayari wamemaliza kozi yao ya shule ya upili ya fizikia. Hizi ni "Mitambo ya Kuburudisha" na "Je, unajua fizikia?". Kitabu cha mwisho ni kama kukamilika kwa "Fizikia ya Burudani".
1936 Ya. Perelman
Sura ya kwanza. KASI. NYONGEZA YA HARAKATI.
Je, tunasonga kwa kasi gani?
Mkimbiaji mzuri hukimbia umbali wa michezo wa kilomita 1.5 kwa takriban dakika 3. 50 sek. (rekodi ya dunia 1958 - dakika 3 sekunde 36.8). Ili kulinganisha na kasi ya kawaida ya watembea kwa miguu - 1.5 m kwa pili - unahitaji kufanya hesabu ndogo; basi inageuka kuwa mwanariadha anaendesha m 7 kwa sekunde. Walakini, kasi hizi hazilinganishwi kabisa: mtembea kwa miguu anaweza kutembea kwa muda mrefu, kwa masaa, akifanya kilomita 5 kwa saa, lakini mwanariadha ana uwezo wa kudumisha mbio kubwa. kasi kwa muda mfupi tu. Kikosi cha kijeshi cha watoto wachanga huenda kwa kukimbia polepole mara tatu kuliko mmiliki wa rekodi; yeye hufanya mita 2 kwa sekunde, au zaidi ya kilomita 7 kwa saa, lakini ana faida zaidi ya mwanariadha kwamba anaweza kufanya mabadiliko makubwa zaidi.
Inafurahisha kulinganisha mwendo wa kawaida wa mtu na kasi ya wanyama wa polepole kama konokono au kobe. Konokono huishi kikamilifu hadi sifa inayohusishwa nayo kwa kusema: inasonga 1.5 mm kwa sekunde, au 5.4 m kwa saa - haswa mara elfu chini ya mtu! Mnyama mwingine mwepesi wa kawaida, turtle, sio haraka sana kuliko konokono: kasi yake ya kawaida ni 70 m kwa saa.
Agile karibu na konokono na kobe, mtu atatokea mbele yetu kwa nuru tofauti ikiwa tunalinganisha harakati zake na zingine, hata sio haraka sana, harakati katika maumbile yanayozunguka. Kweli, inapita kwa urahisi mtiririko wa maji katika mito mingi ya nyanda za chini na haibaki nyuma ya upepo wa wastani. Lakini mtu anaweza kushindana kwa mafanikio na kuruka kuruka 5 m kwa sekunde tu kwenye skis. Mtu hawezi kuendesha sungura au mbwa wa kuwinda hata juu ya farasi. Mtu anaweza kushindana kwa kasi na tai kwenye ndege tu.
Bahari kama hiyo iko katika nchi inayojulikana kwa wanadamu tangu nyakati za zamani. Hii ni Bahari ya Chumvi maarufu ya Palestina. Maji yake yana chumvi isiyo ya kawaida, kiasi kwamba hakuna kiumbe hai kimoja kinachoweza kuishi ndani yake. Hali ya hewa ya joto na isiyo na mvua ya Palestina husababisha uvukizi mkubwa wa maji kutoka kwenye uso wa bahari. Lakini maji safi tu ndiyo yanayeyuka, wakati chumvi iliyoyeyushwa hubakia baharini na kuongeza chumvi ya maji.Ndio maana maji ya Bahari ya Chumvi hayana asilimia 2 au 3 ya chumvi (kwa uzito), kama bahari nyingi na bahari, lakini asilimia 27 au zaidi; Chumvi huongezeka kwa kina. Kwa hivyo, robo ya yaliyomo katika Bahari ya Chumvi ni chumvi iliyoyeyushwa katika maji yake. Jumla ya chumvi ndani yake inakadiriwa kuwa tani milioni 40.Salinity ya juu ya Bahari ya Chumvi huamua moja ya vipengele vyake: maji ya bahari hii ni nzito zaidi kuliko maji ya kawaida ya bahari. Haiwezekani kuzama kwenye kioevu nzito kama hicho: mwili wa mwanadamu ni mwepesi kuliko huo.
Uzito wa miili yetu ni chini ya uzito wa kiasi sawa cha maji yenye chumvi nyingi na, kwa hiyo, kulingana na sheria ya kuogelea, mtu hawezi kuzama katika Bahari ya Chumvi; huelea ndani yake, kama vile yai la kuku lieleavyo kwenye maji ya chumvi (ambayo huzama kwenye maji safi)
Mcheshi Mark Twain, ambaye alitembelea bahari hii ya ziwa, anaeleza kwa undani wa katuni hisia zisizo za kawaida ambazo yeye na wenzake walipata walipokuwa wakiogelea kwenye maji mazito ya Bahari ya Chumvi:
“Ilikuwa ni kuogelea kwa furaha! Hatukuweza kuzama. Hapa unaweza kunyoosha juu ya maji kwa urefu wako wote, ukiwa umelala chali na kukunja mikono yako kwenye kifua chako, huku sehemu kubwa ya mwili wako ikibaki juu ya maji. Wakati huo huo, unaweza kuinua kichwa chako kabisa ... Unaweza kulala kwa urahisi sana nyuma yako, ukiinua magoti yako kwa kidevu chako na kuwafunga kwa mikono yako, lakini hivi karibuni utageuka, kwa kuwa kichwa chako kinazidi. Unaweza kusimama juu ya kichwa chako na kutoka katikati ya kifua chako hadi mwisho wa miguu yako utabaki nje ya maji, lakini hutaweza kudumisha nafasi hii kwa muda mrefu. Hauwezi kuogelea mgongoni mwako, ukisonga kwa dhahiri, kwani miguu yako hutoka nje ya maji na lazima usukuma tu kwa visigino vyako. Ikiwa unaogelea uso chini, basi hausongi mbele, lakini nyuma. Farasi huyo hana msimamo sana hivi kwamba hawezi kuogelea wala kusimama katika Bahari ya Chumvi - mara moja analala ubavu.”
Katika Mtini. 49 unamwona mtu ameketi kwa kustarehesha juu ya uso wa Bahari ya Chumvi; mvuto mkubwa wa maji humruhusu kusoma kitabu katika nafasi hii, iliyolindwa na mwavuli kutoka kwa miale inayowaka ya jua.
Maji ya Kara-Bogaz-Gol (bay ya Bahari ya Caspian) na maji ya chumvi sawa ya Ziwa Elton, yenye chumvi 27%, yana mali sawa ya ajabu.
Wale wagonjwa ambao huchukua bafu ya chumvi wanapaswa kupata kitu cha aina hii. Ikiwa chumvi ya maji ni ya juu sana, kama, kwa mfano, katika maji ya madini ya Starorussky, basi mgonjwa anapaswa kufanya jitihada nyingi za kukaa chini ya kuoga. Nilimsikia mwanamke akitibiwa huko Staraya Russa akilalamika kwa hasira kwamba maji yalikuwa "yakimsukuma nje ya bafu." Inaonekana kwamba alikuwa na mwelekeo wa kulaumu sio sheria ya Archimedes, lakini kwa usimamizi wa mapumziko ...
Mchoro 49. Mtu juu ya uso wa Bahari ya Chumvi (kutoka kwenye picha).
Kielelezo 50. Mstari wa mzigo kwenye bodi ya meli. Uteuzi wa chapa hufanywa kwa kiwango cha mkondo wa maji. Kwa uwazi, pia huonyeshwa tofauti katika fomu iliyopanuliwa. Maana ya herufi imeelezewa katika maandishi.
Kiwango cha chumvi ya maji katika bahari tofauti hutofautiana kwa kiasi fulani, na ipasavyo, meli haziketi kwa kina kirefu katika maji ya bahari. Labda baadhi ya wasomaji walitokea kuona kwenye meli karibu na njia ya maji kinachojulikana kama "Alama ya Lloyd" - ishara inayoonyesha kiwango cha juu cha njia za maji katika maji ya msongamano tofauti. Kwa mfano, inavyoonyeshwa kwenye Mtini. Laini ya mzigo 50 inamaanisha kiwango cha juu cha njia ya maji:
katika maji safi (Fresch Water) ................................. FW
katika Bahari ya Hindi (Majira ya joto ya India) ..................... IS
katika maji ya chumvi katika kiangazi (Majira ya joto) ......................... S
katika maji ya chumvi wakati wa baridi (Baridi) ............................. W
wote ndani. Atlanti. bahari katika majira ya baridi (Winter North Atlantiki) .. WNA
Katika nchi yetu, bidhaa hizi zimeanzishwa kuwa za lazima tangu 1909. Hebu tuzingatie kwa kumalizia kwamba kuna aina ya maji ambayo, hata katika hali yake safi, bila uchafu wowote, inaonekana kuwa nzito kuliko maji ya kawaida; mvuto wake maalum ni 1.1, yaani 10% zaidi ya kawaida; kwa hivyo, katika dimbwi lenye maji kama hayo, mtu ambaye hata hajui kuogelea hangeweza kuzama. Maji hayo yaliitwa maji "nzito"; fomula yake ya kemikali ni D2O (hidrojeni iliyomo ndani yake inajumuisha atomi nzito mara mbili ya atomi za kawaida za hidrojeni, na huteuliwa kwa herufi D). Maji "nzito" hupasuka kwa kiasi kidogo katika maji ya kawaida: ndoo ya maji ya kunywa ina kuhusu 8 g.
Maji mazito na muundo wa D2O (kuna uwezekano wa aina kumi na saba za maji mazito na nyimbo tofauti) kwa sasa huchimbwa kwa fomu safi; mchanganyiko wa maji ya kawaida ni karibu 0.05%.
Meli ya kuvunja barafu inafanyaje kazi?
Wakati wa kuoga, usikose nafasi ya kufanya majaribio yafuatayo. Kabla ya kuondoka kwenye beseni, fungua sehemu ya kuogea ukiwa bado umelala chini ya beseni. Zaidi na zaidi ya mwili wako unapoanza kujitokeza juu ya maji, utahisi uzito wake wa taratibu. Utaona kwa uwazi zaidi kwamba uzito uliopotea na mwili ndani ya maji (kumbuka jinsi ulivyohisi mwanga katika umwagaji!) Inaonekana tena mara tu mwili unapotoka nje ya maji.Wakati nyangumi anafanya majaribio kama haya bila hiari, akijikuta amekwama wakati wa wimbi la chini, matokeo yanageuka kuwa mbaya kwa mnyama: itakandamizwa na uzito wake mbaya. Sio bure kwamba nyangumi huishi katika kipengele cha maji: nguvu ya buoyant ya kioevu huwaokoa kutokana na athari mbaya ya mvuto.
Ya juu yanahusiana kwa karibu na kichwa cha makala hii. Uendeshaji wa chombo cha kuvunja barafu ni msingi wa jambo lile lile la kimwili: sehemu ya meli iliyoondolewa kutoka kwa maji huacha kusawazishwa na hatua ya maji ya buoyant na hupata uzito wake wa "ardhi". Mtu haipaswi kufikiri kwamba chombo cha kuvunja barafu kinapunguza barafu wakati wa kusonga kupitia shinikizo la kuendelea la upinde wake - shinikizo la shina. Hivi sivyo meli za kuvunja barafu zinavyofanya kazi, bali wakata barafu. Njia hii ya hatua inafaa tu kwa barafu ya unene mdogo.
Meli halisi za kuvunja barafu - kama vile Krasin au Ermak - hufanya kazi tofauti. Kupitia hatua ya mashine zake zenye nguvu, chombo cha kuvunja barafu kinasukuma upinde wake kwenye uso wa barafu, ambao kwa kusudi hili hupangwa kwa nguvu chini ya maji. Mara tu kutoka kwa maji, upinde wa meli hupata uzito wake kamili, na mizigo hii kubwa (kwa Ermak, uzito huu ulifikia, kwa mfano, tani 800) huvunja barafu. Ili kuongeza athari, maji zaidi mara nyingi hutupwa ndani ya mizinga ya upinde wa kivunja barafu - "ballast ya kioevu".
Chombo cha kuvunja barafu hufanya kazi kwa njia hii hadi unene wa barafu unazidi nusu mita. Barafu yenye nguvu zaidi inashindwa na hatua ya mshtuko wa chombo. Meli ya kuvunja barafu inarudi nyuma na kugonga ukingo wa barafu kwa wingi wake wote. Katika kesi hii, sio uzito tena unaofanya, lakini nishati ya kinetic ya meli ya kusonga; meli inageuka kama ganda la silaha la kasi ya chini, lakini la uzito mkubwa, kuwa kondoo mume.
Vipuli vya barafu mita kadhaa kwenda juu huvunjwa na nishati ya athari zinazorudiwa kutoka kwa upinde wenye nguvu wa meli ya kuvunja barafu.
Mshiriki katika kifungu maarufu cha Sibiryakov mnamo 1932, mpelelezi wa polar N. Markov, anaelezea kazi ya meli hii ya kuvunja barafu kama ifuatavyo.
"Kati ya mamia ya miamba ya barafu, kati ya karatasi ya barafu inayoendelea, Sibiryakov ilianza vita. Kwa saa hamsini na mbili mfululizo, sindano ya telegrafu ya mashine iliruka kutoka “nyuma kamili” hadi “mbele kamili.” Saa kumi na tatu za saa nne za bahari ya Sibiryakov ziligonga kwenye barafu kutoka kwa kasi, zikaiponda kwa pua yake, ikapanda kwenye barafu, ikaivunja na kurudi tena. Barafu, yenye unene wa robo tatu ya mita, haikuacha kabisa. Kwa kila pigo tulipenya theluthi moja ya mwili.”
USSR ina meli kubwa zaidi na zenye nguvu zaidi za kuvunja barafu ulimwenguni.
Meli zilizozama ziko wapi?
Ni imani iliyozoeleka, hata miongoni mwa mabaharia, kwamba meli zinazozama baharini hazifiki chini ya bahari, bali huning’inia bila kutikisika kwenye kina fulani, ambapo maji “huunganishwa kwa njia ipasavyo na mgandamizo wa tabaka zilizoinuka.”Maoni haya yalishirikiwa hata na mwandishi wa "Ligi Elfu 20 Chini ya Bahari"; katika mojawapo ya sura za riwaya hii, Jules Verne anaeleza kuhusu meli iliyozama ikining’inia majini bila kusonga, na katika nyingine anataja meli “zinazooza, zikining’inia kwa uhuru majini.”
Je, kauli hii ni sahihi?
Inaonekana kuna msingi wake, kwani shinikizo la maji kwenye vilindi vya bahari hufikia viwango vikubwa sana. Kwa kina cha m 10, mashinikizo ya maji kwa nguvu ya kilo 1 kwa 1 cm2 ya mwili uliozama. Kwa kina cha m 20 shinikizo hili tayari ni kilo 2, kwa kina cha 100 m - 10 kg, 1000 m - 100 kg. Bahari katika sehemu nyingi ina kina cha kilomita kadhaa, ikifikia zaidi ya kilomita 11 katika sehemu za kina kabisa za Bahari Kuu (Mariana Trench). Ni rahisi kuhesabu shinikizo kubwa ambalo maji na vitu vilivyowekwa ndani yake lazima vipate kwenye kina hiki kikubwa.
Iwapo chupa tupu, iliyochongwa itashushwa kwa kina kirefu na kisha kuondolewa tena, itagunduliwa kwamba shinikizo la maji limeendesha kizibo ndani ya chupa na chombo kizima kimejaa maji. Mtaalamu maarufu wa bahari John Murray katika kitabu chake "Bahari" anasema kwamba jaribio lifuatalo lilifanyika: mirija mitatu ya glasi ya saizi tofauti, iliyofungwa kwa ncha zote mbili, imefungwa kwenye turubai na kuwekwa kwenye silinda ya shaba na mashimo kwa njia ya bure ya maji. . Silinda ilishushwa kwa kina cha kilomita 5. Ilipoondolewa kutoka hapo, ikawa kwamba turuba ilikuwa imejaa wingi wa theluji: ilikuwa kioo kilichovunjwa. Vipande vya mbao, vilivyoteremshwa kwa kina kama hicho, baada ya kuondolewa, vilizama ndani ya maji kama matofali - vilikandamizwa sana.
Inaweza kuonekana kuwa jambo la kawaida kutarajia kwamba shinikizo kubwa kama hilo linapaswa kushikanisha maji kwa kina kirefu hivi kwamba hata vitu vizito haviwezi kuzama ndani yake, kama vile uzito wa chuma hauzama kwenye zebaki.
Walakini, maoni kama hayo hayana msingi kabisa. Uzoefu unaonyesha kuwa maji, kama vinywaji vyote kwa ujumla, ni ngumu kukandamiza. Maji yaliyoshinikizwa kwa nguvu ya kilo 1 kwa 1 cm2 yanabanwa na 1/22,000 tu ya ujazo wake na inashinikizwa takriban sawa na ongezeko zaidi la shinikizo kwa kilo. Ikiwa tunataka kuleta maji kwa wiani kiasi kwamba chuma kingeweza kuelea ndani yake, itakuwa muhimu kuiunganisha mara 8. Wakati huo huo, ili kuunganisha kwa nusu tu, yaani, kupunguza kiasi kwa nusu, shinikizo la kilo 11,000 kwa 1 cm2 inahitajika (ikiwa tu kipimo kilichotajwa kilifanyika kwa shinikizo kubwa kama hilo). Hii inalingana na kina cha kilomita 110 chini ya usawa wa bahari!
Kutokana na hili ni wazi kwamba hakuna haja kabisa ya kuzungumza juu ya compaction yoyote inayoonekana ya maji katika kina cha bahari. Katika nafasi yao ya kina, maji yanaunganishwa tu na 1100/22000, yaani, kwa 1/20 ya wiani wake wa kawaida, kwa 5% tu. Hii haiwezi kuathiri hali ya kuelea ya miili anuwai ndani yake, haswa kwani vitu vikali vilivyowekwa ndani ya maji kama hayo pia vinakabiliwa na shinikizo hili na, kwa hivyo, pia vinaunganishwa.
Kwa hivyo hakuwezi kuwa na shaka hata kidogo kwamba meli zilizozama hupumzika kwenye sakafu ya bahari. “Kitu chochote kikizama kwenye glasi ya maji,” asema Murray, “ni lazima kianguke kwenye kina kirefu cha bahari.”
Nimesikia pingamizi lifuatalo kwa hili. Ukiweka kwa uangalifu glasi juu chini ndani ya maji, inaweza kubaki katika hali hiyo kwani inaondoa kiasi cha maji ambacho kina uzito sawa na glasi. Kioo kizito cha chuma kinaweza kushikwa kwa nafasi sawa chini ya kiwango cha maji bila kuzama chini. Kwa njia hiyo hiyo, inaonekana kwamba cruiser au chombo kingine na keel yake iliyopinduliwa inaweza kuacha nusu. Ikiwa katika vyumba vingine vya meli hewa imefungwa vizuri, meli itapiga mbizi kwa kina fulani na kuacha hapo.
Baada ya yote, meli chache huenda chini chini chini - na inawezekana kwamba baadhi yao hawafiki chini, wakibaki kunyongwa kwenye vilindi vya giza vya bahari. Kusukuma kidogo kunaweza kutosha kutupa meli kama hiyo kwenye usawa, kuigeuza, kuijaza na maji na kuifanya ianguke chini - lakini mishtuko hutoka wapi kwenye vilindi vya bahari, ambapo amani na utulivu hutawala kila wakati na ambapo hata mwangwi wa dhoruba hauingii?
Hoja hizi zote zinatokana na kosa la kimwili. Kioo kilichogeuzwa hakijizamishi ndani ya maji - lazima izamishwe ndani ya maji kwa nguvu ya nje, kama kipande cha mbao au chupa tupu, iliyotiwa kizibao. Kwa njia hiyo hiyo, meli iliyopinduliwa chini na keel yake haitaanza kuzama kabisa, lakini itabaki juu ya uso wa maji. Hakuna njia ambayo anaweza kujikuta katikati ya usawa wa bahari na chini yake.
Jinsi ndoto za Jules Verne na Wells zilivyotimia
Nyambizi za kweli za wakati wetu kwa njia fulani hazijapata tu Nautilus ya ajabu ya Jules Werp, lakini hata kuzidi. Kweli, kasi ya wasafiri wa sasa wa manowari ni nusu ya ile ya Nautilus: mafundo 24 dhidi ya 50 kwa Jules Verne (fundo ni kama kilomita 1.8 kwa saa). Safari ndefu zaidi ya meli ya kisasa ya manowari ni safari ya kuzunguka ulimwengu, wakati Kapteni Nemo alifanya safari mara mbili zaidi. Lakini Nautilus ilikuwa na uhamishaji wa tani 1,500 tu, ilikuwa na wafanyakazi wa watu dazeni mbili hadi tatu tu, na ilikuwa na uwezo wa kubaki chini ya maji bila kupumzika kwa zaidi ya masaa arobaini na nane. Manowari cruiser Surcouf, iliyojengwa mwaka wa 1929 na inayomilikiwa na meli za Ufaransa, ilikuwa na uhamisho wa tani 3,200, ilikuwa na wafanyakazi wa watu mia moja na hamsini na ilikuwa na uwezo wa kukaa chini ya maji bila kuruka kwa hadi saa mia moja na ishirini. .Manowari hii inaweza kufanya mabadiliko kutoka bandari za Ufaransa hadi kisiwa cha Madagaska bila kutembelea bandari yoyote njiani. Kwa upande wa faraja ya vyumba vya kuishi, Surcouf labda haikuwa duni kwa Nautilus. Zaidi ya hayo, Surcouf ilikuwa na faida isiyo na shaka juu ya meli ya Kapteni Nemo kwa kuwa hangar isiyo na maji kwa ndege ya baharini ya uchunguzi ilijengwa kwenye sitaha ya juu ya cruiser. Pia tunaona kuwa Jules Verne hakuandaa Nautilus na periscope, ambayo ingeipa mashua fursa ya kutazama upeo wa macho kutoka chini ya maji.
Kwa hali moja tu, manowari halisi bado zitabaki nyuma sana katika uundaji wa fantasia ya mwandishi wa Kifaransa: katika kina cha kuzamishwa. Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba wakati huu fantasy ya Jules Verne ilivuka mipaka ya uwezekano. "Kapteni Nemo," tulisoma wakati mmoja katika riwaya hiyo, "ilifikia kina cha mita tatu, nne, tano, saba, tisa na elfu kumi chini ya uso wa bahari." Na mara Nautilus hata ikazama kwa kina kisicho na kifani - mita elfu 16! "Nilihisi," shujaa wa riwaya hiyo asema, "jinsi vifungo vya chuma vya chombo cha chini ya maji vilivyokuwa vinatikisika, jinsi vijiti vyake vilikuwa vinapinda, jinsi madirisha yalivyokuwa yakiingia ndani, yakikubali shinikizo la maji. meli haikuwa na nguvu kama mwili wa kutupwa, ingeweza kubandikwa mara moja kuwa keki.
Hofu hiyo inafaa kabisa, kwa sababu kwa kina cha kilomita 16 (ikiwa kina kama hicho kilikuwepo ndani ya bahari) shinikizo la maji lingelazimika kufikia. 16,000: 10 = 1600 kg kwa 1 cm2 , au 1600 anga za kiufundi ; nguvu kama hiyo haina kuponda chuma, lakini bila ya shaka kuponda muundo. Walakini, uchunguzi wa kisasa wa bahari haujui kina kama hicho. Mawazo yaliyozidishwa juu ya kina cha bahari ambayo yalitawala katika enzi ya Jules Verne (riwaya hiyo iliandikwa mnamo 1869) inaelezewa na kutokamilika kwa njia za kupima kina. Katika siku hizo, si waya, lakini kamba ya katani ilitumiwa kwa kuunganisha; mengi kama hayo yalihifadhiwa na msuguano dhidi ya maji, ndivyo ilivyozama kwa nguvu zaidi; kwa kina kirefu, msuguano uliongezeka hadi mashua iliacha kushuka kabisa, bila kujali ni kiasi gani mstari ulikuwa na sumu: kamba ya katani ilijifunga tu, na kuunda hisia ya kina kikubwa.
Nyambizi za wakati wetu zinaweza kuhimili shinikizo la angahewa si zaidi ya 25; hii huamua kina kikubwa zaidi cha kuzamishwa kwao: m 250. Kina kikubwa zaidi kilipatikana katika vifaa maalum vinavyoitwa "bathysphere" (Mchoro 51) na iliyoundwa mahsusi kwa ajili ya kujifunza fauna ya kina cha bahari. Vifaa hivi, hata hivyo, havifanani na Nautilus ya Jules Verne, lakini uundaji mzuri wa mwandishi mwingine wa riwaya - puto ya kina cha bahari ya Wells, iliyoelezewa katika hadithi "Katika Kina cha Bahari." Shujaa wa hadithi hii alishuka chini ya bahari kwa kina cha kilomita 9 katika mpira wa chuma wenye nene; kifaa kiliingizwa bila cable, lakini kwa mzigo unaoweza kutolewa; Baada ya kufika chini ya bahari, mpira ulijikomboa kutoka kwa mzigo ulioubeba na kuruka haraka juu ya uso wa maji.
Katika bathysphere, wanasayansi wamefikia kina cha zaidi ya m 900. Bathysphere hupunguzwa kwenye cable kutoka kwa meli, ambayo wale walioketi kwenye mpira huhifadhi mawasiliano ya simu.
Mchoro 51. Vifaa vya chuma vya spherical "bathysphere" kwa ajili ya kushuka kwenye tabaka za kina za bahari. Katika kifaa hiki, William Beebe alifikia kina cha 923 m mwaka wa 1934. Unene wa kuta za mpira ni karibu 4 cm, kipenyo ni 1.5 m, na uzito ni tani 2.5.
Sadko alilelewa vipi?
Katika eneo kubwa la bahari, maelfu ya meli kubwa na ndogo huangamia kila mwaka, haswa wakati wa vita. Meli za thamani zaidi na zinazoweza kupatikana kati ya meli zilizozama zilianza kurejeshwa kutoka chini ya bahari. Wahandisi wa Soviet na wapiga mbizi ambao walikuwa sehemu ya EPRON (yaani, "Msafara Maalum wa Kusudi la Chini ya Maji") walipata umaarufu ulimwenguni kote kwa uokoaji mzuri wa meli kubwa zaidi ya 150. Miongoni mwao, moja kubwa zaidi ni meli ya kuvunja barafu "Sadko", ambayo ilizama kwenye Bahari Nyeupe mnamo 1916 kwa sababu ya uzembe wa nahodha. Baada ya kulala chini ya bahari kwa miaka 17, chombo hiki bora cha kuvunja barafu kiliinuliwa na wafanyikazi wa EPRON na kurejeshwa kwenye huduma.Mbinu ya kuinua ilitegemea kabisa matumizi ya sheria ya Archimedes. Chini ya ukuta wa meli iliyozama, wapiga mbizi walichimba vichuguu 12 chini ya bahari na kunyoosha kitambaa chenye nguvu cha chuma kupitia kila moja yao. Miisho ya taulo hizo ziliunganishwa kwenye pantoni ambazo zilizamishwa kimakusudi karibu na meli ya kuvunja barafu. Kazi hii yote ilifanyika kwa kina cha m 25 chini ya usawa wa bahari.
Pontoni (Kielelezo 52) zilikuwa na mitungi ya chuma isiyoweza kupenyeka yenye urefu wa m 11 na kipenyo cha mita 5.5. Pantoni tupu ilikuwa na uzito wa tani 50. Kwa mujibu wa sheria za jiometri, ni rahisi kuhesabu kiasi chake: kuhusu mita za ujazo 250. Ni wazi kwamba silinda hiyo inapaswa kuelea tupu juu ya maji: inaondoa tani 250 za maji, lakini yenyewe ina uzito wa 50 tu; uwezo wake wa kubeba ni sawa na tofauti kati ya 250 na 50, yaani tani 200. Ili kulazimisha pontoon kuzama chini, imejaa maji.
Wakati (angalia Mchoro 52) mwisho wa slings chuma walikuwa imara masharti ya pontoons sunken, USITUMIE hewa ilianza pumped ndani ya mitungi kwa kutumia hoses. Kwa kina cha m 25, vyombo vya habari vya maji kwa nguvu ya 25/10 + 1, yaani 3.5 anga. Hewa ilitolewa kwa mitungi chini ya shinikizo la angahewa takriban 4 na, kwa hivyo, ilibidi kuondoa maji kutoka kwa pantoni. Mitungi hiyo nyepesi ilisukumwa kwa nguvu kubwa na maji yaliyoizunguka kwenye uso wa bahari. Walielea majini kama puto angani. Nguvu yao ya pamoja ya kuinua na uhamisho kamili wa maji kutoka kwao itakuwa sawa na 200 x 12, yaani tani 2400. Hii inazidi uzito wa Sadko iliyozama, kwa hiyo kwa ajili ya kupanda kwa laini, pontoons zilitolewa kwa sehemu tu kutoka kwa maji.
Kielelezo 52. Mchoro wa kuinua Sadko; inaonyesha sehemu mtambuka ya chombo cha kuvunja barafu, pantoni na mistari.
Walakini, kupaa kulifanyika tu baada ya majaribio kadhaa ambayo hayakufanikiwa. "Chama cha uokoaji kilipata ajali nne juu yake kabla ya kufanikiwa," anaandika mhandisi mkuu wa meli ya EPRON T.I. Bobritsky, ambaye aliongoza kazi hiyo. "Mara tatu, tukingojea meli kwa mkazo, tuliona, badala ya meli ya kupasua barafu, pantoni na mabomba yaliyopasuka yakigaagaa kama nyoka na kupasuka juu kwa hiari, katika machafuko ya mawimbi na povu. Meli ya kuvunja barafu ilitokea na kutoweka tena ndani ya vilindi vya bahari mara mbili kabla ya kutokea na hatimaye kukaa juu ya uso.”
"Milele" injini ya maji
Miongoni mwa miradi mingi ya "mwendo wa kudumu", kulikuwa na mingi ambayo ilitegemea kuelea kwa miili ndani ya maji. Mnara wa urefu wa mita 20 umejaa maji. Juu na chini ya mnara kuna pulleys ambayo kamba kali inatupwa kwa namna ya ukanda usio na mwisho. Sanduku 14 za ujazo zenye mashimo 14 kwa urefu wa mita moja, zimetolewa kutoka kwa chuma ili maji yasipenye ndani ya masanduku. Mchele wetu. 53 na 54 zinaonyesha kuonekana kwa mnara kama huo na sehemu yake ya longitudinal.Je, usakinishaji huu unafanya kazi vipi? Mtu yeyote anayefahamu sheria ya Archimedes atatambua kwamba masanduku, yakiwa ndani ya maji, yataelea juu. Wao huchukuliwa juu na nguvu sawa na uzito wa maji yaliyohamishwa na masanduku, yaani, uzito wa mita moja ya ujazo wa maji, mara kwa mara kama masanduku yanaingizwa ndani ya maji. Kutoka kwenye picha inaweza kuonekana kuwa daima kuna masanduku sita ndani ya maji. Hii ina maana kwamba nguvu ambayo hubeba masanduku ya kuzamishwa kwenda juu ni sawa na uzito wa 6 m3 ya maji, yaani tani 6. Wao huvutwa chini na uzito wa masanduku yenyewe, ambayo, hata hivyo, inasawazishwa na mzigo wa masanduku sita yanayoning'inia kwa uhuru nje ya kamba.
Kwa hivyo, kamba iliyotupwa kwa namna hii daima itakuwa chini ya msukumo wa tani 6 zinazotumiwa kwa upande mmoja na kuelekezwa juu. Ni wazi kwamba nguvu hii italazimisha kamba kuzunguka bila kuacha, sliding kando ya pulleys, na kwa kila mapinduzi kufanya kazi ya 6000 * 20 = 120,000 kgm.
Sasa ni wazi kwamba ikiwa tutaiweka nchi kwa minara kama hiyo, tutaweza kupokea kutoka kwao kazi isiyo na kikomo, ya kutosha kukidhi mahitaji yote ya uchumi wa taifa. Minara hiyo itazunguka silaha za dynamos na kutoa nishati ya umeme kwa kiasi chochote.
Hata hivyo, ikiwa unatazama kwa karibu mradi huu, ni rahisi kuona kwamba harakati inayotarajiwa ya kamba haipaswi kutokea kabisa.
Ili kamba isiyo na mwisho kuzunguka, masanduku lazima yaingie kwenye bwawa la maji ya mnara kutoka chini na kuiacha kutoka juu. Lakini wakati wa kuingia kwenye bwawa, sanduku lazima lishinde shinikizo la safu ya maji 20 m juu! Shinikizo hili kwa kila mita ya mraba ya eneo la sanduku ni sawa na wala zaidi au chini ya tani ishirini (uzito wa 20 m3 ya maji). Msukumo wa juu ni tani 6 tu, ambayo ni, haitoshi kuvuta sanduku kwenye bwawa.
Miongoni mwa mifano mingi ya injini za "dumu" za maji, mamia ambazo ziligunduliwa na wavumbuzi walioshindwa, unaweza kupata chaguzi rahisi sana na za busara.
Kielelezo 53. Mradi wa injini ya maji ya "milele" ya kufikirika.
Kielelezo 54. Muundo wa mnara wa takwimu uliopita.
Angalia mtini. 55. Sehemu ya ngoma ya mbao iliyowekwa kwenye mhimili huingizwa mara kwa mara ndani ya maji. Ikiwa sheria ya Archimedes ni ya kweli, basi sehemu iliyotumbukizwa ndani ya maji inapaswa kuelea juu na, mradi tu nguvu ya kusisimua ni kubwa kuliko nguvu ya msuguano kwenye mhimili wa ngoma, mzunguko hautakoma kamwe...
Kielelezo 55. Mradi mwingine wa injini ya maji "ya milele".
Usikimbilie kujenga injini hii "ya kudumu"! Hakika utashindwa: ngoma haitatikisika. Kuna nini, ni kosa gani katika mawazo yetu? Inatokea kwamba hatukuzingatia mwelekeo wa vikosi vya kaimu. Na daima wataelekezwa perpendicular kwa uso wa ngoma, yaani, kando ya radius kwa mhimili. Kutoka kwa uzoefu wa kila siku, kila mtu anajua kuwa haiwezekani kufanya mzunguko wa gurudumu kwa kutumia nguvu kando ya radius ya gurudumu. Ili kusababisha mzunguko, nguvu lazima itumike perpendicular kwa radius, yaani, tangential kwa mzunguko wa gurudumu. Sasa si vigumu kuelewa kwa nini, katika kesi hii, jaribio la kutekeleza mwendo "wa kudumu" litaisha kwa kushindwa.
Sheria ya Archimedes ilitoa chakula chenye jaribu kwa akili za watafutaji wa mashine ya mwendo "ya kudumu" na kuwatia moyo wabuni vifaa vya ustadi vya kutumia kupoteza uzito dhahiri ili kupata chanzo cha milele cha nishati ya mitambo.
Nani alianzisha maneno "gesi" na "anga"?
Neno "gesi" ni moja ya maneno yaliyoundwa na wanasayansi, pamoja na maneno kama "thermometer", "umeme", "galvanometer", "simu" na, zaidi ya yote, "anga". Kati ya maneno yote yaliyovumbuliwa, "gesi" ndiyo fupi zaidi. Mwanakemia na daktari wa kale wa Uholanzi Helmont, aliyeishi kuanzia 1577 hadi 1644 (aliyeishi wakati mmoja na Galileo), alipata “gesi” kutoka kwa neno la Kigiriki linalomaanisha “machafuko.” Baada ya kugundua kuwa hewa ina sehemu mbili, moja ambayo inasaidia mwako na kuchoma nje, wakati iliyobaki haina mali hizi, Helmont aliandika:"Niliita aina hii ya gesi ya mvuke kwa sababu karibu haina tofauti na machafuko ya watu wa zamani."(maana ya asili ya neno "machafuko" ni nafasi inayoangaza).
Hata hivyo, neno jipya halikutumiwa kwa muda mrefu baada ya hapo na lilifufuliwa tu na Lavoisier maarufu mwaka wa 1789. Ilienea wakati kila mtu alianza kuzungumza juu ya ndege za ndugu wa Montgolfier katika baluni za kwanza za hewa ya moto.
Lomonosov katika maandishi yake alitumia jina lingine la miili ya gesi - "miminiko ya elastic" (ambayo ilibaki kutumika hata nilipokuwa shuleni). Wacha tukumbuke, kwa njia, kwamba Lomonosov ana sifa ya kuanzisha katika hotuba ya Kirusi idadi ya majina ambayo sasa yamekuwa maneno ya kawaida katika lugha ya kisayansi:
anga
kipimo cha shinikizo
kipima kipimo
micrometer
pampu ya hewa
macho, macho
mnato
e (e) umeme
fuwele
e (f) fir
jambo
na nk.
Mwanzilishi mahiri wa sayansi ya asili ya Urusi aliandika juu ya tukio hili: "Nililazimika kutafuta maneno ya kutaja vyombo vya asili, vitendo na vitu vya asili, ambayo (yaani maneno) ingawa mwanzoni yanaonekana kuwa ya kushangaza, natumai kwamba baada ya muda watafanya. kufahamika zaidi kupitia matumizi kutakuwapo."
Kama tunavyojua, matumaini ya Lomonosov yalihesabiwa haki kabisa.
Badala yake, maneno yaliyopendekezwa baadaye na V. I. Dahl (mkusanyaji maarufu wa "Kamusi ya Ufafanuzi") kuchukua nafasi ya "anga" - "mirokolitsa" au "kolozemitsa" isiyo na mizizi - haikutia mizizi hata kidogo, kama vile "skybozem" yake. ” badala ya upeo wa macho na maneno mengine mapya hayakuota mizizi.
Inaonekana kama kazi rahisi
Samovar, ambayo ina glasi 30, imejaa maji. Unaweka glasi chini ya bomba lake na, ukiwa na saa mikononi mwako, tazama mkono wa pili ili kuona inachukua muda gani kwa glasi kujaza hadi ukingo. Hebu tuseme nusu dakika. Sasa hebu tuulize swali: itachukua muda gani kwa samovar nzima tupu ikiwa utaacha bomba wazi?Inaweza kuonekana kuwa hili ni shida rahisi ya hesabu ya kitoto: glasi moja hutoka kwa dakika 0.5, ambayo inamaanisha kuwa glasi 30 zitatoka ndani ya dakika 15.
Lakini fanya majaribio. Inabadilika kuwa samovar haitoi kwa robo ya saa, kama ulivyotarajia, lakini kwa nusu saa.
Kuna nini? Baada ya yote, hesabu ni rahisi sana!
Rahisi, lakini sio sahihi. Huwezi kufikiri kwamba kiwango cha mtiririko kinabaki sawa kutoka mwanzo hadi mwisho. Wakati glasi ya kwanza inapita nje ya samovar, mkondo unapita chini ya shinikizo kidogo, kwani kiwango cha maji katika samovar kimepungua; ni wazi kwamba glasi ya pili itajazwa kwa zaidi ya nusu dakika; ya tatu itatoka kwa uvivu zaidi, nk.
Kiwango cha mtiririko wa kioevu chochote kutoka kwa shimo kwenye chombo kilicho wazi kinategemea moja kwa moja urefu wa safu ya kioevu iliyosimama juu ya shimo. Toricelli mahiri, mwanafunzi wa Galileo, alikuwa wa kwanza kutaja utegemezi huu na akauelezea kwa fomula rahisi:
Ambapo v ni kasi ya mtiririko, g ni kuongeza kasi ya mvuto, na h ni urefu wa kiwango cha kioevu juu ya shimo. Kutoka kwa formula hii inafuata kwamba kasi ya mkondo unaozunguka haitegemei kabisa wiani wa kioevu: pombe nyepesi na zebaki nzito kwa kiwango sawa hutoka kwenye shimo kwa haraka (Mchoro 56). Fomula inaonyesha kuwa kwenye Mwezi, ambapo mvuto ni chini ya mara 6 kuliko Duniani, itachukua takriban mara 2.5 zaidi kujaza glasi kuliko Duniani.
Lakini turudi kwenye kazi yetu. Ikiwa, baada ya glasi 20 zimetoka nje ya samovar, kiwango cha maji ndani yake (kuhesabu kutoka kwa ufunguzi wa bomba) kimeshuka mara nne, basi kioo cha 21 kitajaza mara mbili polepole kuliko 1. Na ikiwa katika siku zijazo kiwango cha maji kinapungua mara 9, kisha kujaza glasi za mwisho zitachukua mara tatu zaidi kuliko kujaza kwanza. Kila mtu anajua jinsi maji hutoka kwa uvivu kutoka kwa bomba la samovar, ambayo tayari iko karibu tupu. Kwa kutatua tatizo hili kwa kutumia mbinu za hisabati ya juu, inaweza kuthibitishwa kuwa muda unaohitajika kufuta kabisa chombo ni mara mbili ya muda ambao kiasi sawa cha kioevu kingemwagika ikiwa kiwango cha awali kilibakia bila kubadilika.
Mchoro 56. Ni kipi kina uwezekano mkubwa wa kumwagika: zebaki au pombe? Kiwango cha kioevu katika vyombo ni sawa.
Tatizo la bwawa
Kutokana na yale ambayo yamesemwa, ni hatua moja kwa matatizo ya pool yenye sifa mbaya, bila ambayo hakuna hata kitabu cha tatizo cha hesabu na aljebra kinaweza kufanya. Kila mtu anakumbuka shida za kawaida za kuchosha, za kielimu kama zifuatazo:"Kuna mabomba mawili yaliyowekwa kwenye bwawa. Baada ya bwawa moja la kwanza tupu linaweza kujazwa kwa masaa 5; kwa sekunde moja bwawa kamili linaweza kumwagwa saa 10 kamili. Ni wakati gani bwawa tupu litajazwa ikiwa mabomba yote yatafunguliwa mara moja?
Shida za aina hii zina historia inayoheshimika - karibu karne 20, kurudi kwa Heron wa Alexandria. Hapa kuna moja ya shida za Heron, ingawa sio ngumu kama vizazi vyake:
Shida za dimbwi zimetatuliwa kwa miaka elfu mbili, na hii ndio nguvu ya utaratibu! - miaka elfu mbili imeamuliwa vibaya. Kwa nini ni makosa - utajielewa mwenyewe baada ya kile kilichosemwa tu kuhusu mtiririko wa maji. Je, wanafundishwa vipi kutatua matatizo kuhusu mabwawa ya kuogelea? Tatizo la kwanza, kwa mfano, linatatuliwa kama hii. Saa 1, bomba la kwanza linamwaga mabwawa 0.2, bomba la pili linamwaga mabwawa 0.1; Hii ina maana kwamba kwa hatua ya mabomba yote mawili, 0.2 - 0.1 = 0.1 huingia kwenye bwawa kila saa, ambayo inatoa muda wa kujaza bwawa saa 10. Hoja hii si sahihi: ikiwa uingiaji wa maji unaweza kuchukuliwa kutokea chini ya shinikizo la mara kwa mara na, kwa hiyo, sare, basi outflow yake hutokea kwa kiwango cha kubadilisha na, kwa hiyo, kutofautiana. Kutoka kwa ukweli kwamba bomba la pili linamwaga bwawa saa 10, haifuati kabisa kwamba 0.1 ya bwawa inapita kila saa; Mbinu ya uamuzi wa shule, kama tunavyoona, ni potofu. Haiwezekani kutatua tatizo kwa usahihi kwa kutumia hisabati ya msingi, na kwa hiyo matatizo kuhusu bwawa la kuogelea (na maji yanayotiririka) hayana nafasi kabisa katika vitabu vya shida vya hesabu.
Chemchemi nne zinatolewa. Kuna hifadhi kubwa.
Ndani ya saa 24, chemchemi ya kwanza huijaza hadi ukingoni.
Wa pili lazima afanye kazi kwa kitu kimoja kwa siku mbili na usiku mbili.
Ya tatu ni dhaifu mara tatu kuliko ya kwanza.
Katika siku nne wa mwisho anaweza kuendelea naye.
Niambie ikiwa itajaa hivi karibuni,
Je, ikiwa utazifungua zote kwa wakati mmoja?
Kielelezo 57. Tatizo la bwawa.
Chombo cha kushangaza
Je, inawezekana kujenga chombo ambacho maji yatatoka kwa mkondo wa sare wakati wote, bila kupunguza kasi ya mtiririko wake, licha ya ukweli kwamba kiwango cha kioevu kinapungua? Baada ya yale uliyojifunza kutoka kwa nakala zilizopita, labda uko tayari kufikiria aina hii ya shida isiyoweza kutatuliwa.Wakati huo huo, hii inawezekana kabisa. Chupa iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 58, ni chombo cha ajabu sana. Hii ni jar ya kawaida yenye shingo nyembamba, kwa njia ya kizuizi ambacho bomba la kioo huingizwa. Ukifungua bomba C chini ya mwisho wa bomba, kioevu kitatoka ndani yake kwa mkondo usiopungua hadi kiwango cha maji kwenye chombo kinashuka hadi mwisho wa chini wa bomba. Kwa kusukuma bomba karibu na usawa wa bomba, unaweza kulazimisha kioevu yote juu ya usawa wa shimo kutiririka kwa sare, ingawa mkondo dhaifu sana.
Kielelezo 58. Muundo wa chombo cha Mariotte. Maji hutiririka kwa usawa kutoka kwa shimo C.
Kwa nini hii inatokea? Angalia kiakili kinachotokea kwenye chombo wakati bomba C inafunguliwa (Mchoro 58). Awali ya yote, maji hutiwa nje ya bomba la kioo; kiwango cha kioevu ndani yake hupungua hadi mwisho wa bomba. Kwa outflow zaidi, kiwango cha maji katika matone ya chombo na hewa ya nje huingia kupitia tube ya kioo; hupenya ndani ya maji katika Bubbles na kukusanya juu yake katika sehemu ya juu ya chombo. Sasa katika ngazi zote B shinikizo ni sawa na shinikizo la anga. Hii ina maana kwamba maji hutoka kwenye bomba C tu chini ya shinikizo la safu ya maji BC, kwa sababu shinikizo la anga kutoka ndani na nje ya chombo ni usawa. Na kwa kuwa unene wa safu ya BC hubakia mara kwa mara, haishangazi kwamba ndege inapita kwa kasi sawa wakati wote.
Sasa jaribu kujibu swali: jinsi maji yatatoka haraka ikiwa utaondoa kuziba B kwenye kiwango cha mwisho wa tube?
Inabadilika kuwa haitatoka kabisa (kwa kweli, ikiwa shimo ni ndogo sana kwamba upana wake unaweza kupuuzwa; vinginevyo maji yatatoka chini ya shinikizo la safu nyembamba ya maji, nene kama upana wa shimo). Kwa kweli, hapa, ndani na nje, shinikizo ni sawa na shinikizo la anga, na hakuna kitu kinachohimiza maji kutoka nje.
Na ikiwa ungeondoa kuziba A juu ya mwisho wa chini wa bomba, basi sio tu maji yasingetoka nje ya chombo, lakini hewa ya nje pia ingeingia ndani yake. Kwa nini? Kwa sababu rahisi sana: ndani ya sehemu hii ya chombo shinikizo la hewa ni chini ya shinikizo la anga nje.
Chombo hiki chenye sifa za ajabu sana kilivumbuliwa na mwanafizikia maarufu Marriott na kuitwa baada ya mwanasayansi "chombo cha Mariotte."
Mizigo kutoka kwa hewa nyembamba
Katikati ya karne ya 17, wakaazi wa jiji la Rogensburg na wakuu wakuu wa Ujerumani, wakiongozwa na mfalme, ambaye alikusanyika hapo, waliona maono ya kushangaza: farasi 16 walijaribu bora yao kutenganisha hemispheres mbili za shaba zilizounganishwa kwa kila mmoja. Ni nini kiliwaunganisha? "Hakuna" - hewa. Na bado, farasi wanane waliokuwa wakivuta upande mmoja na farasi wanane wakivuta upande mwingine hawakuweza kuwatenganisha. Kwa hivyo burgomaster Otto von Guericke alionyesha kila mtu kwa macho yake mwenyewe kwamba hewa sio "chochote" hata kidogo, kwamba ina uzito na inabonyeza kwa nguvu kubwa kwa vitu vyote vya kidunia.Jaribio hili lilifanyika mnamo Mei 8, 1654 katika hali ya utulivu sana. Burgomaster aliyejifunza aliweza kuvutia kila mtu katika utafiti wake wa kisayansi, licha ya ukweli kwamba hii ilitokea katikati ya machafuko ya kisiasa na vita vya uharibifu.
Maelezo ya majaribio maarufu na "hemispheres ya Magdeburg" inapatikana katika vitabu vya fizikia. Walakini, nina hakika kwamba msomaji atasikiliza hadithi hii kwa kupendezwa kutoka kwa midomo ya Guericke mwenyewe, huyu "Galileo wa Ujerumani," kama mwanafizikia wa ajabu anavyoitwa wakati mwingine. Kitabu kikubwa kinachoelezea mfululizo mrefu wa majaribio yake kilichapishwa kwa Kilatini huko Amsterdam mnamo 1672 na, kama vitabu vyote vya enzi hii, kilikuwa na jina refu. Hii hapa:
OTTO von GUERIKE
Kinachojulikana majaribio mapya ya Magdeburg
juu ya AIRLESS SPACE,
awali ilielezwa na profesa wa hisabatikatika Chuo Kikuu cha Würzburg na CASPAR SCHOTT.
Toleo la mwandishi mwenyewe,
kina zaidi na utajiri na mbalimbali
uzoefu mpya.
Sura ya XXIII ya kitabu hiki imejitolea kwa uzoefu unaotuvutia. Tunatoa tafsiri yake halisi.
“Jaribio la kuthibitisha kwamba shinikizo la hewa huunganisha hemispheres mbili kwa uthabiti hivi kwamba haziwezi kutenganishwa na jitihada za farasi 16.
Niliagiza hemispheres mbili za shaba zenye kipenyo cha robo tatu ya dhiraa za Magdeburg. Lakini kwa kweli, kipenyo chao kilikuwa 67/100 tu, kwani mafundi, kama kawaida, hawakuweza kutoa kile kinachohitajika. Hemispheres zote mbili zilijibu kikamilifu kwa kila mmoja. Bomba liliunganishwa kwenye hemisphere moja; Kwa bomba hili unaweza kuondoa hewa kutoka ndani na kuzuia hewa kuingia kutoka nje. Kwa kuongeza, pete 4 ziliunganishwa kwenye hemispheres, kwa njia ambayo kamba zilizofungwa kwenye kamba za farasi zilipigwa. Pia niliamuru kushonwa pete ya ngozi; ilikuwa imeingizwa katika mchanganyiko wa nta na turpentine; imefungwa kati ya hemispheres, haikuruhusu hewa kupita ndani yao. Bomba la pampu ya hewa liliingizwa kwenye bomba na hewa ndani ya puto ilitolewa. Kisha ikagunduliwa kwa nguvu gani hemispheres zote mbili zilishinikizwa dhidi ya kila mmoja kupitia pete ya ngozi. Shinikizo la hewa ya nje liliwasukuma sana hivi kwamba farasi 16 (na jerk) hawakuweza kuwatenganisha kabisa au walifanikiwa tu kwa shida. Wakati hemispheres, ikitoa mvutano wa nguvu zote za farasi, ikitengana, kishindo kilisikika, kana kwamba kutoka kwa risasi.
Lakini mara tu ulipogeuza bomba ili kufungua ufikiaji wa hewa bila malipo, ilikuwa rahisi kutenganisha hemispheres kwa mikono yako.
Hesabu rahisi inaweza kutuelezea kwa nini nguvu kubwa kama hiyo (farasi 8 kila upande) inahitajika kutenganisha sehemu za mpira tupu. Mashinikizo ya hewa kwa nguvu ya kilo 1 kwa kila cm ya mraba; Eneo la duara lenye kipenyo cha dhiraa 0.67 (cm 37) ni 1060 cm2. Hii ina maana kwamba shinikizo la anga kwenye kila hemisphere lazima lizidi kilo 1000 (tani 1). Kwa hiyo, kila farasi wanane ilibidi kuvuta tani nyingi za nguvu ili kukabiliana na shinikizo la hewa ya nje.
Inaweza kuonekana kuwa kwa farasi nane (kwa kila upande) hii sio mzigo mkubwa sana. Usisahau, hata hivyo, kwamba wakati wa kusonga, kwa mfano, mzigo wa tani 1, farasi hushinda nguvu isiyo ya tani 1, lakini kidogo sana, yaani, msuguano wa magurudumu kwenye axle na kwenye lami. Na nguvu hii iko - kwenye barabara kuu, kwa mfano - asilimia tano tu, i.e. na mzigo wa tani moja - 50 kg. (Bila kutaja kwamba wakati wa kuchanganya juhudi za farasi wanane, kama inavyoonyesha mazoezi, 50% ya mvuto hupotea.) Kwa hivyo, traction ya tani 1 inalingana na mzigo wa gari la tani 20 na farasi nane. Hivi ndivyo mizigo ya hewa ilikuwa ambayo farasi wa burgomaster wa Magdeburg walipaswa kubeba! Ilikuwa ni kama walipaswa kuhamisha locomotive ndogo, ambayo, zaidi ya hayo, haikuwekwa kwenye reli.
Farasi mwenye nguvu amepimwa kuvuta mkokoteni kwa nguvu ya kilo 80 tu. Kwa hiyo, ili kuvunja hemispheres ya Magdeburg, na traction sare, 1000/80 = farasi 13 kila upande ingehitajika.
Msomaji labda atashangaa kujua kwamba baadhi ya viungo vya mifupa yetu havipunguki kwa sababu sawa na hemispheres ya Magdeburg. Kiungo chetu cha nyonga ni ulimwengu wa Magdeburg. Unaweza kufichua kiungo hiki kutoka kwa viunganisho vya misuli na cartilaginous, na bado hip haina kuanguka nje: ni taabu na shinikizo la anga, kwa kuwa hakuna hewa katika nafasi interarticular.
Chemchemi mpya za Heron
Aina ya kawaida ya chemchemi inayohusishwa na fundi wa kale Heron pengine inajulikana kwa wasomaji wangu.Hebu hapa nikumbuke muundo wake kabla ya kuendelea na maelezo ya marekebisho ya hivi karibuni ya kifaa hiki cha ajabu. Chemchemi ya Heron (Kielelezo 60) ina vyombo vitatu: wazi ya juu moja a na mbili za spherical b na c, imefungwa kwa hermetically. Vyombo vinaunganishwa na zilizopo tatu, eneo ambalo linaonyeshwa kwenye takwimu. Wakati kuna maji katika a, mpira b hujazwa na maji, na mpira c kujazwa na hewa, chemchemi huanza kufanya kazi: maji hutiririka kupitia bomba kutoka kwa hadi c. kuhamisha hewa kutoka hapo kwenda kwenye mpira b; chini ya shinikizo la hewa inayoingia, maji kutoka kwa b hupanda bomba na chemchemi juu ya chombo a. Wakati mpira b ni tupu, chemchemi huacha kutiririka.
Mchoro 59. Mifupa ya viungo vya nyonga yetu haijatenganishwa kwa sababu ya shinikizo la anga, kama vile hemispheres ya Magdeburg imefungwa.
Kielelezo 60. Chemchemi ya Heron ya Kale.
Kielelezo 61. Marekebisho ya kisasa ya chemchemi ya Heron. Juu ni lahaja ya mpangilio wa sahani.
Hii ni aina ya kale ya chemchemi ya Heron. Tayari katika wakati wetu, mwalimu mmoja wa shule nchini Italia, alichochewa na ustadi na vifaa vidogo vya darasa lake la fizikia, amerahisisha muundo wa chemchemi ya Heron na akaja na marekebisho yake ambayo mtu yeyote anaweza kupanga kwa kutumia njia rahisi (Mchoro 61). Badala ya mipira, alitumia chupa za maduka ya dawa; Badala ya mirija ya glasi au chuma, nilichukua za mpira. Hakuna haja ya kutengeneza mashimo kwenye chombo cha juu: unaweza tu kuingiza ncha za zilizopo ndani yake, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 61 hapo juu.
Katika urekebishaji huu, kifaa ni rahisi zaidi kutumia: wakati maji yote kutoka kwenye jar b yamemimina kupitia chombo kwenye jar c, unaweza kupanga upya mitungi b na c, na chemchemi inafanya kazi tena; Usisahau, bila shaka, pia kuhamisha ncha kwenye tube nyingine.
Urahisi mwingine wa chemchemi iliyobadilishwa ni kwamba inafanya uwezekano wa kubadilisha kiholela eneo la vyombo na kujifunza jinsi umbali kati ya viwango vya vyombo huathiri urefu wa ndege.
Ikiwa unataka kuongeza urefu wa jet mara nyingi, unaweza kufikia hili kwa kuchukua nafasi ya maji katika flasks ya chini ya kifaa kilichoelezwa na zebaki, na hewa na maji (Mchoro 62). Uendeshaji wa kifaa ni wazi: zebaki, ikimimina kutoka jar c hadi jar b, huondoa maji kutoka kwayo, na kusababisha kutiririka kama chemchemi. Kujua kwamba zebaki ni mara 13.5 nzito kuliko maji, tunaweza kuhesabu kwa urefu gani ndege ya chemchemi inapaswa kuongezeka. Wacha tuonyeshe tofauti katika viwango mtawaliwa na h1, h2, h3. Sasa hebu tuchunguze chini ya nguvu gani zebaki inapita kutoka kwa chombo c (Mchoro 62) hadi b. Zebaki katika bomba la kuunganisha inakabiliwa na shinikizo kutoka pande zote mbili. Kwa upande wa kulia ni chini ya shinikizo la tofauti h2 ya nguzo za zebaki (ambayo ni sawa na shinikizo la mara 13.5 ya safu ya juu ya maji, 13.5 h2) pamoja na shinikizo la safu ya maji h1. Safu ya maji h3 inabonyeza upande wa kushoto. Matokeo yake, zebaki huchukuliwa kwa nguvu
13.5h2 + h1 – h3.
Lakini h3 – h1 = h2; Kwa hivyo, tunabadilisha h1 - h3 na minus h2 na kupata:
13.5h2 - h2 yaani 12.5h2.
Kwa hivyo, zebaki huingia kwenye chombo b chini ya shinikizo la uzito wa safu ya maji yenye urefu wa 12.5 h2. Kinadharia, chemchemi hiyo inapaswa kupiga risasi kwa urefu sawa na tofauti katika viwango vya zebaki kwenye chupa, ikizidishwa na 12.5. Msuguano hupunguza urefu huu wa kinadharia kwa kiasi fulani.
Walakini, kifaa kilichoelezewa kinatoa fursa rahisi ya kupata risasi ya ndege kwenda juu. Ili kufanya, kwa mfano, chemchemi ya chemchemi kwa urefu wa m 10, inatosha kuinua moja juu ya nyingine kwa karibu mita moja. Inashangaza kwamba, kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa hesabu yetu, mwinuko wa sahani juu ya chupa na zebaki hauathiri hata urefu wa ndege.
Mchoro 62. Chemchemi inayofanya kazi chini ya shinikizo la zebaki. Ndege hupiga mara kumi zaidi ya tofauti ya viwango vya zebaki.
Vyombo vya Kudanganya
Katika siku za zamani - katika karne ya 17 na 18 - wakuu walijifurahisha na toy ifuatayo ya kufundisha: walitengeneza mug (au jug), katika sehemu ya juu ambayo kulikuwa na vipande vikubwa vya muundo (Mchoro 63). Mug kama hiyo, iliyojaa divai, ilitolewa kwa mgeni wa kawaida, ambaye mtu angeweza kucheka bila kuadhibiwa. Jinsi ya kunywa kutoka kwake? Hauwezi kuinamisha: divai itamwaga kutoka kwa wengi kupitia mashimo, lakini sio tone moja litakalofika kinywani mwako. Itatokea kama katika hadithi ya hadithi:
Kielelezo 63. Jug ya udanganyifu kutoka mwishoni mwa karne ya 18 na siri ya muundo wake.
Asali, kunywa bia,
Ndiyo, alilowesha tu masharubu yake.
Lakini ni nani aliyejua siri ya ujenzi wa mugs kama hizo - siri inayoonyeshwa kwenye Mtini. 63 upande wa kulia - alichoma shimo B kwa kidole chake, akachukua spout kinywani mwake na kunyonya kioevu bila kuinamisha chombo: divai iliinuka kupitia shimo E kando ya chaneli ndani ya mpini, kisha kwa mwendelezo wake C ndani ya sehemu ya juu. makali ya mug na kufikia spout.
Sio muda mrefu uliopita, mugs sawa zilifanywa na wafinyanzi wetu. Nilitokea kuona katika nyumba moja sampuli ya kazi yao, kwa ustadi kabisa kuficha siri ya muundo wa chombo; Kulikuwa na maandishi kwenye kikombe: "Kunywa, lakini usiwe na mvua."
Je, maji yana uzito gani kwenye glasi iliyopinduliwa?
"Kwa kweli, haina uzito wowote: maji hayashiki kwenye glasi kama hiyo, inamwagika," unasema.- Je, ikiwa haina kumwaga? - nitauliza. - Nini sasa?
Kwa kweli, inawezekana kushikilia maji kwenye glasi iliyopinduliwa ili isipoteze. Kesi hii imeonyeshwa kwenye Mtini. 64. Kikombe cha kioo kilichopinduliwa, kilichofungwa na chini kwenye sufuria moja ya kiwango, kinajazwa na maji, ambayo haimwagiki, kwani kando ya kioo huingizwa kwenye chombo na maji. Kioo tupu sawa kabisa huwekwa kwenye sufuria nyingine ya kiwango.
Ni upande gani wa mizani utaelekeza?
Kielelezo 64. Ni kikombe kipi kitashinda?
Yule ambayo glasi iliyopinduliwa ya maji imefungwa itashinda. Kioo hiki hupata shinikizo kamili la anga kutoka juu, na shinikizo la anga kutoka chini, lililopunguzwa na uzito wa maji yaliyomo kwenye kioo. Ili kusawazisha vikombe, itakuwa muhimu kujaza glasi iliyowekwa kwenye kikombe kingine na maji.
Chini ya hali hizi, kwa hiyo, maji katika kioo kilichopinduliwa huwa na uzito sawa na katika moja iliyowekwa chini.
Kwa nini meli zinavutiwa?
Mnamo msimu wa 1912, tukio lililofuata lilitokea kwenye Olimpiki ya meli ya baharini, ambayo wakati huo ilikuwa moja ya meli kubwa zaidi ulimwenguni. Olimpiki ilikuwa ikisafiri katika bahari ya wazi, na karibu sambamba nayo, kwa umbali wa mamia ya mita, meli nyingine, ndogo zaidi, cruiser ya kivita Gauk, ilikuwa ikipita kwa kasi kubwa. Wakati vyombo vyote viwili vilichukua nafasi iliyoonyeshwa kwenye Mtini. 65, jambo ambalo halikutarajiwa lilifanyika: meli hiyo ndogo ilitoka njiani haraka, kana kwamba inatii nguvu isiyoonekana, ikageuza pua yake kwa stima kubwa na, bila kutii usukani, ikasogea karibu moja kwa moja. Kulikuwa na mgongano. Gauk iligonga pua-kwanza kwenye upande wa Olmpik; pigo lilikuwa na nguvu sana hivi kwamba Gauk walifanya shimo kubwa upande wa Olimpiki.
Kielelezo 65. Nafasi ya meli za Olimpiki na Gauk kabla ya mgongano.
Kesi hiyo isiyo ya kawaida ilipofikiriwa katika mahakama ya baharini, nahodha wa lile jitu la “Olimpiki” alipatikana na hatia, kwa kuwa, kama uamuzi wa mahakama ulivyosoma, “hakutoa amri zozote za kutoa nafasi kwa Wahauk kuvuka humo.”
Kwa hivyo, mahakama haikuona jambo la kawaida hapa: ukosefu rahisi wa usimamizi wa nahodha, hakuna zaidi. Wakati huo huo, hali isiyotarajiwa kabisa ilifanyika: kesi ya mvuto wa pamoja wa meli baharini.
Kesi kama hizo zilitokea zaidi ya mara moja, labda hapo awali, wakati meli mbili zilikuwa zikienda sambamba. Lakini hadi meli kubwa sana zilijengwa, jambo hili halikujidhihirisha kwa nguvu kama hiyo. Wakati "miji inayoelea" ilianza kulima maji ya bahari, hali ya kuvutia ya meli ilionekana zaidi; makamanda wa vyombo vya kijeshi huzingatia wakati wa kuendesha.
Ajali nyingi za meli ndogo zinazosafiri karibu na meli kubwa za abiria na za kijeshi labda zilitokea kwa sababu hiyo hiyo.
Ni nini kinaelezea kivutio hiki? Bila shaka, hapawezi kuwa na swali la kuvutia kulingana na sheria ya Newton ya uvutano wa ulimwengu wote; tayari tumeona (katika Sura ya IV) kwamba kivutio hiki ni kidogo sana. Sababu ya jambo hilo ni ya aina tofauti kabisa na inaelezewa na sheria za mtiririko wa maji kwenye mirija na njia. Inaweza kuthibitishwa kuwa ikiwa kioevu kinapita kupitia njia ambayo ina nyembamba na upanuzi, basi katika sehemu nyembamba za chaneli inapita haraka na kuweka shinikizo kidogo kwenye kuta za chaneli kuliko katika sehemu pana ambapo inapita kwa utulivu zaidi na kuweka zaidi. shinikizo kwenye kuta (kinachojulikana kama "kanuni ya Bernoulli") ").
Vile vile ni kweli kwa gesi. Jambo hili katika uchunguzi wa gesi huitwa athari ya Clément-Desormes (iliyopewa jina la wanafizikia walioigundua) na mara nyingi huitwa "kitendawili cha aerostatic". Jambo hili linasemekana kugunduliwa kwa mara ya kwanza kwa bahati mbaya chini ya hali zifuatazo. Katika moja ya migodi ya Ufaransa, mfanyakazi aliamriwa kufunika kwa ngao ufunguzi wa adit ya nje ambayo hewa iliyobanwa ilitolewa ndani ya mgodi. Mfanyakazi huyo alijitahidi na mkondo wa hewa kwa muda mrefu, lakini ghafla ngao hiyo ilijifunga yenyewe kwa nguvu kwamba, ikiwa ngao haikuwa kubwa ya kutosha, angevutwa ndani ya shimo la uingizaji hewa pamoja na mfanyakazi aliyeogopa.
Kwa njia, kipengele hiki cha mtiririko wa gesi kinaelezea hatua ya bunduki ya dawa. Tunapopiga (Mchoro 67) ndani ya kiwiko a, ambayo inaisha kwa kupungua, hewa, inakwenda kwenye kupungua, inapunguza shinikizo lake. Kwa hivyo, hewa yenye shinikizo iliyopunguzwa inaonekana juu ya tube b, na kwa hiyo shinikizo la anga huendesha kioevu kutoka kwenye kioo hadi kwenye bomba; Katika shimo, kioevu huingia kwenye mkondo wa hewa iliyopigwa na hutiwa ndani yake.
Sasa tutaelewa ni nini sababu ya kivutio cha meli. Meli mbili zinaposafiri sambamba, inaonekana kama mkondo wa maji kati ya pande zao. Katika chaneli ya kawaida, kuta hazina mwendo, lakini maji husogea; hapa ni kinyume chake: maji hayana mwendo, lakini kuta zinaendelea. Lakini athari za nguvu hazibadilika kabisa: katika maeneo nyembamba ya maji yanayotembea ya kusonga, shinikizo kwenye kuta ni dhaifu kuliko katika nafasi karibu na stima. Kwa maneno mengine, pande za meli zinazokabiliana hupata shinikizo kidogo kutoka kwa maji kuliko sehemu za nje za meli. Ni nini kinapaswa kutokea kama matokeo ya hii? Vyombo lazima zielekee kwa kila mmoja chini ya shinikizo la maji ya nje, na ni kawaida kwamba chombo kidogo kinasonga zaidi, wakati kubwa zaidi inabaki karibu bila kusonga. Ndio maana kivutio huwa na nguvu haswa wakati meli kubwa inapita haraka karibu na ndogo.
Mchoro 66. Katika sehemu nyembamba za mfereji, maji hutiririka kwa kasi na kuweka shinikizo kidogo kwenye kuta kuliko sehemu pana.
Mchoro 67. Chupa ya dawa.
Mchoro 68. Mtiririko wa maji kati ya meli mbili za meli.
Kwa hivyo, mvuto wa meli ni kwa sababu ya athari ya kunyonya ya maji yanayotiririka. Hii pia inaelezea hatari ya kasi kwa waogeleaji na athari ya kunyonya ya whirlpools. Inaweza kuhesabiwa kuwa mtiririko wa maji katika mto kwa kasi ya wastani ya m 1 kwa pili huchota katika mwili wa mwanadamu kwa nguvu ya kilo 30! Si rahisi kupinga nguvu hizo, hasa katika maji wakati uzito wa mwili wetu hautusaidii kudumisha uthabiti. Hatimaye, athari ya kuvuta ya treni ya kusonga haraka inaelezewa na kanuni sawa ya Bernoulli: treni kwa kasi ya kilomita 50 kwa saa huvuta mtu wa karibu na nguvu ya karibu kilo 8.
Matukio yanayohusiana na "kanuni ya Bernoulli," ingawa yanajulikana sana, hayajulikani sana kati ya wasio wataalamu. Kwa hiyo itakuwa muhimu kukaa juu yake kwa undani zaidi. Hapo chini tunatoa dondoo kutoka kwa nakala juu ya mada hii iliyochapishwa katika jarida maarufu la sayansi.
Kanuni ya Bernoulli na matokeo yake
Kanuni hiyo, iliyotajwa kwanza na Daniel Bernoulli mwaka wa 1726, inasema kwamba katika mkondo wa maji au hewa, shinikizo ni kubwa ikiwa kasi ni ya chini, na shinikizo ni ndogo ikiwa kasi ni ya juu. Kuna vikwazo vinavyojulikana kwa kanuni hii, lakini hatutakaa juu yao hapa.Mchele. 69 inaonyesha kanuni hii.
Hewa inapulizwa kupitia bomba la AB. Ikiwa sehemu ya msalaba wa bomba ni ndogo, kama katika a, kasi ya hewa ni ya juu; ambapo sehemu ya msalaba ni kubwa, kama katika b, kasi ya hewa ni ya chini. Ambapo kasi ni ya juu, shinikizo ni la chini, na ambapo kasi ni ya chini, shinikizo ni kubwa. Kutokana na shinikizo la chini la hewa katika a, kioevu katika tube C huongezeka; wakati huo huo, shinikizo kali la hewa katika b hulazimisha kioevu kwenye bomba D kushuka.
Mchoro 69. Mchoro wa kanuni ya Bernoulli. Katika sehemu iliyopunguzwa (a) ya bomba la AB, shinikizo ni chini ya sehemu pana (b).
Katika Mtini. 70 tube T imewekwa kwenye DD disk ya shaba; hewa inapulizwa kupitia bomba T na kisha kupita diski ya bure dd. Hewa kati ya diski hizo mbili ina kasi kubwa, lakini kasi hii hupungua haraka inapokaribia kingo za diski, kwani sehemu ya msalaba ya mtiririko wa hewa huongezeka haraka na hali ya hewa inayotoka kutoka kwa nafasi kati ya diski ni. kushinda. Lakini shinikizo la hewa inayozunguka diski ni kubwa, kwani kasi ni ya chini, na shinikizo la hewa kati ya diski ni ndogo, kwani kasi ni kubwa. Kwa hiyo, hewa inayozunguka diski ina athari kubwa zaidi kwenye disks, inaelekea kuwaleta karibu, kuliko mtiririko wa hewa kati ya disks, ikielekea kuwasukuma; Kama matokeo, diski ya dd inashikamana na diski ya DD kwa nguvu zaidi, ndivyo mkondo wa hewa katika T.
Mchele. 71 ni sawa na Mtini. 70, lakini kwa maji tu. Maji yanayosonga kwa kasi kwenye diski ya DD iko kwenye kiwango cha chini na yenyewe hupanda hadi kiwango cha juu cha maji tulivu kwenye bwawa huku yakizunguka kingo za diski. Kwa hiyo, maji ya utulivu chini ya diski yana shinikizo la juu kuliko maji ya kusonga juu ya diski, na kusababisha disk kuongezeka. Fimbo P hairuhusu uhamishaji wa upande wa diski.
Kielelezo 70. Uzoefu na disks.
Mchoro 71. Diski DD inainuliwa juu ya fimbo P wakati mkondo wa maji kutoka kwenye tanki hutiwa juu yake.
Mchele. 72 inaonyesha mpira mwepesi unaoelea kwenye mkondo wa hewa. Mkondo wa hewa hupiga mpira na kuuzuia kuanguka. Wakati mpira unaruka kutoka kwenye jet, hewa inayozunguka inarudi ndani ya ndege, kwa kuwa shinikizo la hewa inayozunguka, ambayo ina kasi ya chini, ni ya juu, na shinikizo la hewa katika jet, ambayo ina juu. kasi, ni ndogo.
Mchele. 73 inawakilisha meli mbili zinazosonga bega kwa bega katika maji tulivu, au, kile kinacholingana na kitu kimoja, meli mbili zimesimama kando na kutiririka kuzunguka maji. Mtiririko huo umefungwa zaidi katika nafasi kati ya vyombo, na kasi ya maji katika nafasi hii ni kubwa zaidi kuliko upande wowote wa vyombo. Kwa hiyo, shinikizo la maji kati ya meli ni chini ya pande zote mbili za meli; shinikizo la juu la maji linalozunguka meli huwaleta karibu zaidi. Mabaharia wanajua vizuri kwamba meli mbili zinazosafiri pamoja zinavutiwa sana.
Kielelezo 72. Mpira unaoungwa mkono na mkondo wa hewa.
Kielelezo 73. Meli mbili zinazotembea sambamba zinaonekana kuvutia kila mmoja.
Mchoro 74. Vyombo vinaposonga mbele, chombo B hugeuza upinde wake kuelekea chombo A.
Mchoro 75. Hewa ikipulizwa kati ya mipira miwili ya mwanga, itakaribiana hadi igusane.
Kesi mbaya zaidi inaweza kutokea wakati meli moja inafuata nyingine, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 74. Vikosi viwili vya F na F, vinavyoleta meli pamoja, huwa na kuzigeuza, na meli B inageuka kuelekea A kwa nguvu nyingi. Mgongano katika kesi hii ni karibu kuepukika, kwani usukani hauna wakati wa kubadilisha mwelekeo wa harakati za meli.
Jambo lililoelezewa kuhusiana na Mtini. 73 inaweza kuonyeshwa kwa kupuliza hewa kati ya mipira miwili nyepesi ya mpira iliyosimamishwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 75. Ukipuliza hewa baina yao, hukaribia na kupigana.
Kusudi la kibofu cha samaki
Yafuatayo kawaida husemwa na kuandikwa juu ya jukumu lililochezwa na kibofu cha kuogelea cha samaki - inaweza kuonekana kuwa sawa. Ili kujitokeza kutoka kwa kina hadi kwenye tabaka za uso wa maji, samaki hupanda kibofu cha kuogelea; basi kiasi cha mwili wake huongezeka, uzito wa maji yaliyohamishwa inakuwa kubwa kuliko uzito wake mwenyewe - na, kwa mujibu wa sheria ya kuogelea, samaki huinuka juu. Ili kuacha kupanda au kushuka, yeye, kinyume chake, anasisitiza kibofu chake cha kuogelea. Kiasi cha mwili, na uzito wa maji yaliyohamishwa, hupungua, na samaki huzama chini kulingana na sheria ya Archimedes.Wazo hili lililorahisishwa la madhumuni ya kibofu cha kuogelea cha samaki lilianzia nyakati za wanasayansi wa Chuo cha Florentine (karne ya XVII) na lilionyeshwa na Profesa Borelli mnamo 1685. Kwa zaidi ya miaka 200, ilikubaliwa bila pingamizi, iliweza kuchukua mizizi katika vitabu vya kiada vya shule, na tu kupitia kazi za watafiti wapya (Moreau, Charbonel) kutokubaliana kabisa kwa nadharia hii kuligunduliwa.
Bubble bila shaka ina uhusiano wa karibu sana na kuogelea kwa samaki, kwa kuwa samaki ambao Bubble yao ilitolewa kwa bandia wakati wa majaribio inaweza kukaa ndani ya maji tu kwa kufanya kazi kwa bidii na mapezi yao, na kazi hii iliposimama, walianguka chini. Jukumu lake la kweli ni lipi? Kidogo sana: inasaidia tu samaki kukaa kwa kina fulani, kwa usahihi mahali ambapo uzito wa maji yaliyohamishwa na samaki ni sawa na uzito wa samaki yenyewe. Wakati samaki, kwa hatua ya mapezi yake, huanguka chini ya kiwango hiki, mwili wake, unakabiliwa na shinikizo kubwa la nje kutoka kwa maji, mikataba, kufinya Bubble; uzito wa kiasi cha maji yaliyohamishwa hupungua, uzito wa samaki hupungua, na samaki huanguka bila kudhibiti. Chini huanguka, shinikizo la maji linakuwa na nguvu zaidi (kwa anga 1 kwa kila m 10 chini), mwili wa samaki unasisitizwa na kwa kasi zaidi unaendelea kushuka.
Kitu kimoja, tu katika mwelekeo kinyume, hutokea wakati samaki, baada ya kuacha safu ambapo ilikuwa katika usawa, huhamishwa na hatua ya mapezi yake kwenye tabaka za juu. Mwili wake, ulioachiliwa kutoka kwa sehemu ya shinikizo la nje na bado unapanuliwa kutoka ndani na kibofu cha kuogelea (ambayo shinikizo la gesi lilikuwa hadi wakati huo katika usawa na shinikizo la maji yanayozunguka), huongezeka kwa kiasi na, kama matokeo. , huelea juu zaidi. Ya juu ya samaki huinuka, zaidi mwili wake huvimba na, kwa hiyo, kwa kasi zaidi kuongezeka kwake. Samaki hawezi kuzuia hili kwa "kufinya kibofu cha mkojo", kwani kuta za kibofu chake cha kuogelea hazina nyuzi za misuli ambazo zinaweza kubadilisha kiasi chake kikamilifu.
Kwamba upanuzi huo wa passiv wa kiasi cha mwili hutokea kwa samaki unathibitishwa na jaribio lifuatalo (Mchoro 76). Uharibifu katika hali ya kloroformed huwekwa kwenye chombo kilichofungwa na maji, ambayo shinikizo la kuongezeka huhifadhiwa, karibu na ile ambayo inashinda kwa kina fulani katika mwili wa asili wa maji. juu ya uso wa maji samaki hulala bila kazi, tumbo juu. Ikizama ndani zaidi, inaelea juu ya uso tena. Imewekwa karibu na chini, inazama chini. Lakini katika muda kati ya ngazi zote mbili kuna safu ya maji ambayo samaki hubakia katika usawa - wala kuzama wala kuelea. Haya yote yanakuwa wazi ikiwa tutakumbuka kile kilichosemwa hivi sasa juu ya upanuzi wa kupita na kusinyaa kwa kibofu cha kuogelea.
Kwa hiyo, kinyume na imani maarufu, samaki hawezi kuingiza kwa hiari na kuimarisha kibofu chake cha kuogelea. Mabadiliko katika kiasi chake hutokea passively, chini ya ushawishi wa shinikizo la nje la kuongezeka au dhaifu (kulingana na sheria ya Boyle-Mariotte). Mabadiliko haya kwa kiasi sio tu ya manufaa kwa samaki, lakini, kinyume chake, husababisha madhara kwa hiyo, kwa kuwa husababisha kuanguka kwa kasi isiyoweza kudhibitiwa, yenye kasi ya chini, au kupanda kwa usawa na kuharakisha kwa uso. Kwa maneno mengine, Bubble husaidia samaki katika nafasi ya kusimama ili kudumisha usawa, lakini usawa huu ni imara.
Hili ndilo jukumu la kweli la kibofu cha kuogelea cha samaki, kwa kadiri uhusiano wake na kuogelea unavyohusika; ikiwa pia hufanya kazi zingine katika mwili wa samaki na ni zipi haswa haijulikani, kwa hivyo chombo hiki bado ni cha kushangaza. Na tu jukumu lake la hydrostatic sasa linaweza kuzingatiwa kuwa wazi kabisa.
Uchunguzi wa wavuvi unathibitisha hili.
Mchoro 76. Jaribio na giza.
Wakati wa kukamata samaki kutoka kwa kina kirefu, hutokea kwamba samaki wengine hutolewa nusu; lakini, kinyume na matarajio, haina kuzama tena ndani ya kina ambayo ilitolewa, lakini, kinyume chake, huinuka haraka juu ya uso. Katika samaki kama hiyo wakati mwingine hugunduliwa kuwa kibofu cha mkojo hutoka kupitia mdomo.
Mawimbi na vortices
Matukio mengi ya kila siku ya mwili hayawezi kuelezewa kulingana na sheria za kimsingi za fizikia. Hata jambo linalozingatiwa mara kwa mara kama vile bahari iliyochafuka siku ya upepo haliwezi kuelezewa kikamilifu katika kozi ya fizikia ya shule. Ni nini husababisha mawimbi yanayoenea katika maji tulivu kutoka kwenye upinde wa meli inayosonga? Kwa nini bendera hupeperushwa katika hali ya hewa ya upepo? Kwa nini mchanga kwenye ufuo wa bahari umepangwa katika mawimbi? Kwa nini kuna moshi unaofuka kutoka kwenye bomba la moshi la kiwandani?
Mchoro 77. Mtiririko wa maji ya utulivu ("laminar") kwenye bomba.
Mchoro 78. mtiririko wa maji ya Vortex ("turbulent") kwenye bomba.
Ili kuelezea matukio haya na mengine yanayofanana, unahitaji kujua sifa za kinachojulikana kama mwendo wa vortex wa kioevu na gesi. Tutajaribu kusema hapa kidogo juu ya matukio ya vortex na kumbuka sifa zao kuu, kwani vortices hazijatajwa sana kwenye vitabu vya shule.
Hebu fikiria kioevu kinapita kwenye bomba. Ikiwa chembe zote za kioevu husogea kando ya bomba kando ya mistari inayofanana, basi tunayo aina rahisi zaidi ya harakati ya kioevu - utulivu, au, kama wanafizikia wanasema, mtiririko wa "laminar". Walakini, hii sio kesi ya kawaida zaidi. Kinyume chake, mara nyingi zaidi vinywaji hutiririka bila utulivu kwenye bomba; vortices huenda kutoka kwa kuta za bomba hadi kwenye mhimili wake. Hii ni harakati inayofanana na ya vortex au yenye msukosuko. Hivi ndivyo, kwa mfano, maji yanapita kwenye mabomba ya mtandao wa usambazaji wa maji (ikiwa huna maana ya mabomba nyembamba ambapo mtiririko ni laminar). Mtiririko wa Vortex huzingatiwa wakati wowote kasi ya mtiririko wa kioevu kilichopewa kwenye bomba (ya kipenyo fulani) hufikia thamani fulani, kinachojulikana kama kasi muhimu.
Vipuli vya kioevu kinachotiririka kwenye bomba vinaweza kuonekana kwa macho kwa kuanzisha poda nyepesi, kama vile lycopodium, kwenye kioevu kisicho na uwazi kinachotiririka kwenye bomba la glasi. Kisha vortices zinazotoka kwenye kuta za bomba hadi kwenye mhimili wake zinaonekana wazi.
Kipengele hiki cha mtiririko wa vortex hutumiwa katika teknolojia kwa ajili ya ujenzi wa friji na baridi. Kioevu kinachotiririka kwa msukosuko kwenye bomba na kuta zilizopozwa huleta chembe zake zote kuwasiliana na kuta za baridi kwa kasi zaidi kuliko wakati wa kusonga bila vortices; Ni lazima ikumbukwe kwamba vinywaji wenyewe ni waendeshaji duni wa joto na, kwa kukosekana kwa kuchanganya, baridi au joto polepole sana. Kubadilishana kwa joto na nyenzo za damu na tishu ambazo huosha pia inawezekana tu kwa sababu mtiririko wake katika mishipa ya damu sio laminar, lakini vortex.
Yale yaliyosemwa kuhusu mabomba yanatumika kwa usawa kwa mifereji ya wazi na vitanda vya mito: katika mifereji na mito, maji hutoka kwa shida. Wakati wa kupima kwa usahihi kasi ya mtiririko wa mto, chombo hugundua mapigo, haswa karibu na chini: mipigo inaonyesha mwelekeo unaobadilika wa mtiririko, i.e. eddies. Chembe za maji ya mto husogea sio tu kando ya mto, kama inavyofikiriwa kawaida. lakini pia kutoka benki hadi katikati. Ndiyo maana si sahihi kusema kwamba katika kina cha mto maji yana joto sawa mwaka mzima, yaani + 4 ° C: kutokana na kuchanganya, joto la maji yanayotiririka karibu na chini ya mto (lakini sivyo. ziwa) ni sawa na juu ya uso. Eddy zinazounda chini ya mto hubeba mchanga mwepesi pamoja nao na hutoa "mawimbi" ya mchanga hapa. Vile vile vinaweza kuonekana kwenye pwani ya mchanga wa bahari, iliyoosha na wimbi linaloingia (Mchoro 79). Ikiwa mtiririko wa maji karibu na chini ulikuwa shwari, mchanga chini ungekuwa na uso laini.
Mchoro 79. Uundaji wa mawimbi ya mchanga kwenye pwani ya bahari kwa hatua ya vortices ya maji.
Mchoro 80. Mwendo wa wimbi la kamba katika maji yanayotiririka husababishwa na uundaji wa vortices.
Kwa hivyo, vortices huundwa karibu na uso wa mwili uliooshwa na maji. Uwepo wao unaonyeshwa kwetu, kwa mfano, kwa kamba ya kupotosha kama nyoka iliyonyoshwa kando ya mtiririko wa maji (wakati mwisho mmoja wa kamba umefungwa na mwingine ni bure). Nini kinaendelea hapa? Sehemu ya kamba karibu na ambayo vortex imeunda inachukuliwa nayo; lakini wakati ujao sehemu hii inakwenda na vortex nyingine katika mwelekeo kinyume - writhing ya nyoka hupatikana (Mchoro 80).
Wacha tuhame kutoka kwa maji hadi gesi, kutoka kwa maji hadi hewa.
Ni nani ambaye hajaona jinsi vimbunga vya hewa hubeba vumbi, majani, nk kutoka ardhini? Hii ni dhihirisho la mtiririko wa hewa wa vortex kwenye uso wa dunia. Na wakati hewa inapita kwenye uso wa maji, basi mahali ambapo vortices huunda, kwa sababu ya kupungua kwa shinikizo la hewa hapa, maji huinuka kama nundu - msisimko hutolewa. Sababu hiyo hiyo inazalisha mawimbi ya mchanga katika jangwa na kwenye miteremko ya matuta (Mchoro 82).
Mchoro 81. Bendera ikipepea kwenye upepo...
Mchoro 82. Uso wa wavy wa mchanga katika jangwa.
Ni rahisi kuelewa sasa kwa nini bendera hutiririka katika upepo: jambo lile lile hutokea kwake kama kamba katika maji yanayotiririka. Sahani imara ya hali ya hewa ya hali ya hewa haina kudumisha mwelekeo wa mara kwa mara katika upepo, lakini, kutii vimbunga, huzunguka kila wakati. Mawingu ya moshi yanayotoka kwenye chimney cha kiwanda ni ya asili sawa ya vortex; gesi za flue hupita kupitia bomba katika mwendo wa vortex, ambayo inaendelea kwa muda kwa inertia nje ya bomba (Mchoro 83).
Harakati za hewa zenye msukosuko ni muhimu sana kwa usafiri wa anga. Mabawa ya ndege hupewa sura kama hiyo ambayo mahali pa upungufu wa hewa chini ya mrengo hujazwa na dutu ya mrengo, na hatua ya vortex juu ya mrengo, kinyume chake, inazidi. Matokeo yake, mrengo unasaidiwa kutoka chini na kufyonzwa kutoka juu (Mchoro 84). Matukio yanayofanana hutokea wakati ndege anaruka na mbawa zilizonyooshwa.
Mchoro 83. Moshi mwingi unaotoka kwenye chimney cha kiwanda.
Upepo unavuma vipi kwenye paa hufanya kazi? vortices kujenga nadra ya hewa juu ya paa; Kwa jitihada za kusawazisha shinikizo, hewa kutoka chini ya paa, ikichukuliwa juu, inasisitiza dhidi yake. Matokeo yake, kitu kinachotokea ambacho, kwa bahati mbaya, mara nyingi tunapaswa kuzingatia: paa nyepesi, iliyounganishwa kwa uhuru hupigwa na upepo. Kwa sababu hiyo hiyo, madirisha makubwa ya dirisha yanapigwa kutoka ndani wakati upepo unavuma (badala ya kuvunjika na shinikizo kutoka nje). Hata hivyo, matukio haya yanaelezewa kwa urahisi zaidi kwa kupungua kwa shinikizo katika hewa inayohamia (tazama hapo juu "kanuni ya Bernoulli", p. 125).
Wakati mikondo miwili ya hewa ya halijoto tofauti na unyevu inapita pamoja na nyingine, mikondo hutokea katika kila moja. Maumbo mbalimbali ya mawingu kwa kiasi kikubwa yanatokana na sababu hii.
Tunaona ni aina gani ya matukio yanayohusiana na mtiririko wa vortex.
Mchoro 84. Bawa la ndege linakabiliwa na nguvu gani?
Usambazaji wa shinikizo (+) na ugawaji mara kwa mara (-) wa hewa kwenye bawa kulingana na majaribio. Kama matokeo ya juhudi zote zilizotumika, kuinua na kunyonya, bawa huvutwa juu. (Mistari thabiti inaonyesha usambazaji wa shinikizo; mstari wa nukta - sawa na ongezeko kubwa la kasi ya kukimbia)
Safari ndani ya matumbo ya Dunia
Hakuna hata mtu mmoja ambaye amewahi kushuka chini ya kilomita 3.3 kwenye Dunia, na bado eneo la dunia ni kilomita 6400. Bado kuna njia ndefu sana ya kwenda katikati ya Dunia. Walakini, mbunifu Jules Verne alishusha mashujaa wake - profesa wa eccentric Lidenbrock na mpwa wake Axel - ndani ya matumbo ya Dunia. Katika riwaya "Safari ya Kituo cha Dunia," alielezea adventures ya ajabu ya wasafiri hawa wa chini ya ardhi. Miongoni mwa mshangao waliokutana nao chini ya ardhi ilikuwa, kwa njia, ongezeko la msongamano wa hewa. Hewa inapoinuka, inakuwa nadra sana kwa haraka sana: msongamano wake hupungua katika maendeleo ya kijiometri, wakati urefu wa kupanda huongezeka katika maendeleo ya hesabu. Kinyume chake, wakati wa kupungua chini, chini ya usawa wa bahari, hewa chini ya shinikizo la tabaka za juu inapaswa kuzidi kuwa mnene. Wasafiri wa chini ya ardhi, bila shaka, hawakuweza kusaidia lakini kutambua hili.Haya ni mazungumzo ambayo yalifanyika kati ya mjomba mwanasayansi na mpwa wake katika kina cha ligi 12 (kilomita 48) kwenye matumbo ya Dunia.
"Angalia kipimo cha shinikizo kinaonyesha nini? - aliuliza mjomba wangu.
- Shinikizo kali sana.
"Sasa unaona kwamba, tunaposhuka hatua kwa hatua, hatua kwa hatua tunazoea hewa iliyofupishwa na hatuteseka nayo hata kidogo."
- Isipokuwa maumivu katika masikio.
- Ujinga!
“Sawa,” nilimjibu, nikiamua kutopingana na mjomba wangu. - Inapendeza hata kuwa katika hewa iliyofupishwa. Umeona jinsi sauti zinavyosikika ndani yake?
- Hakika. Katika mazingira haya, hata viziwi waliweza kusikia.
- Lakini hewa itakuwa mnene zaidi na zaidi. Je, hatimaye itapata msongamano wa maji?
- Bila shaka: chini ya shinikizo la angahewa 770.
- Na hata chini?
- Msongamano utaongezeka zaidi.
- Tutashukaje basi?
- Wacha tujaze mifuko yetu kwa mawe.
- Kweli, mjomba, una jibu kwa kila kitu!
Sikuenda zaidi katika uwanja wa kubahatisha, kwa sababu, labda, ningekuja tena na aina fulani ya kizuizi ambacho kingemkasirisha mjomba wangu. Ilikuwa, hata hivyo, dhahiri kwamba chini ya shinikizo la anga elfu kadhaa hewa inaweza kugeuka kuwa hali imara, na kisha, hata kudhani kwamba tunaweza kuhimili shinikizo hilo, bado tungepaswa kuacha. Hakuna ugomvi wowote utasaidia hapa."
Ndoto na hisabati
Hivi ndivyo mwandishi wa riwaya anavyosimulia; lakini hii itageuka kuwa kesi ikiwa tutaangalia ukweli uliotajwa katika kifungu hiki. Hatutalazimika kushuka ndani ya matumbo ya Dunia kwa hili; Kwa safari ndogo katika uwanja wa fizikia, inatosha kuhifadhi kwenye penseli na karatasi.Kwanza kabisa, tutajaribu kuamua kwa kina gani tunahitaji kushuka ili shinikizo la anga liongezeke kwa sehemu ya 1000. Shinikizo la kawaida la anga ni sawa na uzito wa safu ya 760 mm ya zebaki. Ikiwa hatukuingizwa kwenye hewa, lakini kwa zebaki, tungehitaji tu kushuka kwa 760/1000 = 0.76 mm kwa shinikizo kuongezeka kwa sehemu ya 1000. Angani, kwa kweli, lazima tushuke ndani zaidi kwa hili, na haswa mara nyingi hewa ni nyepesi kuliko zebaki - mara 10,500. Hii inamaanisha kuwa ili shinikizo liongezeke kwa 1000 ya kawaida, tutalazimika kushuka sio kwa 0.76 mm, kama kwenye zebaki, lakini kwa 0.76x10500, i.e. karibu m 8. Tunaposhuka m 8, basi shinikizo lililoongezeka. itaongezeka kwa 1000 nyingine ya thamani yake, nk ... Kwa kiwango chochote tulicho - kwenye "dari ya dunia" (km 22), juu ya Mlima Everest (kilomita 9) au karibu na uso wa bahari. - tunahitaji kushuka m 8 kwa shinikizo la anga kuongezeka kwa 1000 ya thamani yake ya awali. Kwa hivyo, tunapata jedwali lifuatalo la shinikizo la hewa linaloongezeka kwa kina:
Kwa shinikizo la ardhi
760 mm = kawaida
"kina 8 m" = 1.001 kawaida
"kina 2x8" =(1.001)2
"kina 3x8" =(1.001)3
"kina 4x8" =(1.001)4
Na kwa ujumla, kwa kina cha nx8 m, shinikizo la anga ni (1.001) n mara kubwa kuliko kawaida; na wakati shinikizo sio juu sana, msongamano wa hewa utaongezeka kwa kiasi sawa (sheria ya Mariotte).
Kumbuka kuwa katika kesi hii tunazungumza, kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa riwaya, juu ya kuongezeka kwa Dunia kwa kilomita 48 tu, na kwa hivyo kudhoofika kwa mvuto na kupungua kwa uzani wa hewa hakuwezi kuzingatiwa.
Sasa unaweza kuhesabu jinsi ilivyokuwa kubwa, takriban. shinikizo ambalo wasafiri wa chini ya ardhi wa Jules Verne walipata katika kina cha kilomita 48 (m 48,000). Katika formula yetu, n sawa na 48000/8 = 6000. Tunapaswa kuhesabu 1.0016000. Kwa kuwa kuzidisha 1.001 peke yake mara 6000 ni boring kabisa na inaweza kuchukua muda mwingi, tutageuka kwa msaada wa logarithms. ambayo Laplace alisema kwa usahihi kwamba, kwa kupunguza kazi, wanaongeza mara mbili maisha ya vikokotoo. Kuchukua logariti, tunayo: logarithm ya haijulikani ni sawa na
6000 * lg 1.001 = 6000 * 0.00043 = 2.6.
Kwa kutumia logariti ya 2.6 tunapata nambari inayotakiwa; ni sawa na 400.
Kwa hiyo, kwa kina cha kilomita 48, shinikizo la anga lina nguvu mara 400 kuliko kawaida; Msongamano wa hewa chini ya shinikizo kama hilo utaongezeka, kama majaribio yameonyesha, kwa mara 315. Kwa hiyo ni mashaka kwamba wasafiri wetu wa chini ya ardhi hawatateseka hata kidogo, wakipata tu "maumivu katika masikio" ... Riwaya ya Jules Werp inazungumza, hata hivyo, ya watu kufikia kina zaidi chini ya ardhi, yaani 120 na hata 325 km. Shinikizo la hewa lazima liwe limefikia viwango vya kutisha huko; mtu ana uwezo wa kuvumilia shinikizo la hewa la angahewa zisizo zaidi ya tatu au nne bila madhara.
Ikiwa, kwa kutumia formula hiyo hiyo, tulianza kuhesabu kwa kina gani hewa inakuwa mnene kama maji, ambayo ni, inakuwa mnene mara 770, tungepata takwimu: 53 km. Lakini matokeo haya si sahihi, kwa kuwa kwa shinikizo la juu wiani wa gesi haufanani tena na shinikizo. Sheria ya Mariotte ni kweli kabisa kwa shinikizo zisizo kubwa sana, zisizozidi mamia ya anga. Hapa kuna data juu ya msongamano wa hewa iliyopatikana kwa majaribio:
Msongamano wa Shinikizo
angahewa 200... 190
400" .............. 315
600" .............. 387
1500" .............. 513
1800" .............. 540
2100" .............. 564
Kuongezeka kwa msongamano, kama tunavyoona, inaonekana nyuma ya ongezeko la shinikizo. Mwanasayansi wa Jules Verne bila mafanikio alitarajia kwamba angefikia kina ambacho hewa ni mnene kuliko maji - hangelazimika kungojea hii, kwani hewa hufikia msongamano wa maji tu chini ya shinikizo la anga 3000, na kisha. vigumu kubana. Hakuwezi kuwa na mazungumzo ya kugeuza hewa katika hali imara na shinikizo moja, bila baridi kali (chini ya minus 146 °).
Haki inahitaji kutambua, hata hivyo, kwamba riwaya iliyotajwa hapo juu ya Jules Verne ilichapishwa muda mrefu kabla ya ukweli uliowasilishwa sasa kujulikana. Hii inahalalisha mwandishi, ingawa haisahihishi masimulizi.
Wacha tutumie fomula iliyopewa mapema kuhesabu kina kirefu cha mgodi chini ambayo mtu anaweza kubaki bila madhara kwa afya yake. Shinikizo la juu zaidi la hewa ambalo mwili wetu bado unaweza kuvumilia ni angahewa 3. Kuashiria kina kinachohitajika cha shimoni kupitia x, tuna equation (1.001) x/8 = 3, ambayo (kwa kutumia logarithms) tunahesabu x. Tunapata x = 8.9 km.
Kwa hivyo, mtu anaweza kuwa kwa kina cha karibu kilomita 9 bila madhara. Ikiwa Bahari ya Pasifiki ingekauka ghafla, watu wangeweza kuishi chini yake karibu kila mahali.
Katika mgodi wa kina
Ni nani aliyesogea karibu na kitovu cha Dunia - sio katika fantasia ya mwandishi wa riwaya, lakini kwa ukweli? Bila shaka, wachimbaji. Tayari tunajua (tazama Sura ya IV) kwamba mgodi wenye kina kirefu zaidi duniani umechimbwa nchini Afrika Kusini. Inapita zaidi ya kilomita 3. Kinachomaanisha hapa sio kina cha kupenya kwa kuchimba visima, ambayo hufikia kilomita 7.5, lakini kuongezeka kwa watu wenyewe. Hivi ndivyo, kwa mfano, mwandishi Mfaransa Dk. Luc Durten, ambaye aliitembelea kibinafsi, anasema kuhusu mgodi kwenye mgodi wa Morro Velho (kina cha kama 2300 m):"Migodi maarufu ya dhahabu ya Morro Veljo iko kilomita 400 kutoka Rio de Janeiro. Baada ya saa 16 za usafiri wa reli katika ardhi ya mawe, unashuka kwenye bonde lenye kina kirefu lililozungukwa na msitu. Hapa, kampuni ya Kiingereza inakuza mishipa yenye kuzaa dhahabu kwa kina ambacho mwanadamu hajawahi kushuka hapo awali.
Mshipa huenda kwenye vilindi vya oblique. Mgodi unaifuata na vijiti sita. Shafts wima ni visima, shafts usawa ni vichuguu. Ni sifa kuu ya jamii ya kisasa kwamba mgodi wa kina kabisa uliochimbwa katika ukoko wa dunia - jaribio la ujasiri zaidi la mwanadamu la kupenya matumbo ya sayari - lilifanywa kutafuta dhahabu.
Vaa ovaroli za turubai na koti la ngozi. Kuwa mwangalifu: kokoto ndogo inayoanguka kwenye kisima inaweza kukudhuru. Tutaambatana na mmoja wa "maakida" wa mgodi huo. Unaingia kwenye handaki ya kwanza, yenye mwanga mzuri. Unatetemeka kutokana na upepo wa baridi wa 4°: huu ni uingizaji hewa wa kupoza vilindi vya mgodi.
Baada ya kupita kwenye kisima cha kwanza, kina cha mita 700, kwenye ngome nyembamba ya chuma, unajikuta kwenye handaki la pili. Shuka kwenye kisima cha pili; hewa inakuwa joto. Tayari uko chini ya usawa wa bahari.
Kuanzia kisima kinachofuata, hewa huwaka uso wako. Kutokwa na jasho, ukiinama chini ya upinde wa chini, unasonga kuelekea kishindo cha mashine za kuchimba visima. Watu uchi hufanya kazi kwenye vumbi nene; Wanatoka jasho, mikono yao inapitisha chupa ya maji kila wakati. Usiguse vipande vya ore ambavyo sasa vimevunjwa: joto lao ni 57 °.
Ni nini matokeo ya ukweli huu mbaya na wa kuchukiza? "Takriban kilo 10 za dhahabu kwa siku ..."
Akielezea hali ya kimwili chini ya mgodi na kiwango cha unyonyaji mkubwa wa wafanyakazi, mwandishi wa Kifaransa anabainisha joto la juu, lakini halitaja shinikizo la hewa lililoongezeka. Hebu tuhesabu jinsi ilivyo kwa kina cha m 2300. Ikiwa hali ya joto ilibakia sawa na juu ya uso wa Dunia, basi, kwa mujibu wa formula tayari tunayojua, wiani wa hewa ungeongezeka kwa
Raza.
Kwa kweli, joto halibaki mara kwa mara, lakini huongezeka. Kwa hiyo, wiani wa hewa hauongezeka kwa kiasi kikubwa, lakini chini. Hatimaye, hewa chini ya mgodi hutofautiana katika msongamano kutoka hewa juu ya uso wa Dunia kidogo zaidi kuliko hewa katika siku ya joto ya majira ya joto hutofautiana na hewa ya baridi ya majira ya baridi. Sasa ni wazi kwa nini hali hii haikuvutia usikivu wa mgeni wa mgodi.
Lakini unyevu muhimu wa hewa katika migodi hiyo ya kina ni muhimu sana, na kufanya kukaa ndani yao kuwa vigumu kwa joto la juu. Katika moja ya migodi ya Afrika Kusini (Johansburg), 2553 m kina, unyevu wa joto la 50 ° hufikia 100%; kinachojulikana kama "hali ya hewa ya bandia" sasa imewekwa hapa, na athari ya baridi ya ufungaji ni sawa na tani 2000 za barafu.
Juu na puto za stratospheric
Katika makala zilizopita, tulisafiri kiakili ndani ya matumbo ya dunia, na formula ya utegemezi wa shinikizo la hewa kwa kina ilitusaidia. Hebu sasa tujitokeze na, kwa kutumia fomula ile ile, tuone jinsi shinikizo la hewa linabadilika katika miinuko ya juu. Formula ya kesi hii inachukua fomu ifuatayo:p = 0.999h/8,
ambapo p ni shinikizo katika angahewa, h ni urefu katika mita. Sehemu ya 0.999 ilibadilisha nambari 1.001 hapa, kwa sababu wakati wa kusonga hadi 8 m, shinikizo haliongezeka kwa 0.001, lakini hupungua kwa 0.001.
Hebu kwanza tutatue tatizo: unahitaji kupanda juu kiasi gani ili shinikizo la hewa liwe nusu?
Ili kufanya hivyo, hebu tulinganishe shinikizo p = 0.5 katika formula yetu na kuanza kutafuta urefu h. Tunapata equation 0.5 = 0.999h/8, ambayo haitakuwa vigumu kutatua kwa wasomaji ambao wanajua jinsi ya kushughulikia logarithms. Jibu h = 5.6 km huamua urefu ambao shinikizo la hewa linapaswa kupunguzwa kwa nusu.
Wacha sasa tuelekee juu zaidi, tukifuata puto shujaa wa Soviet ambao walifikia mwinuko wa 19 na 22 km. Mikoa hii ya juu ya anga tayari iko kwenye kinachojulikana kama "stratosphere". Kwa hivyo, baluni ambazo upandaji kama huo hufanywa hupewa jina sio baluni, lakini "stratostats". Sidhani kama kati ya kizazi kongwe kuna angalau mtu ambaye hajasikia majina ya puto za Soviet stratospheric "USSR" na "OAKh-1", ambayo iliweka rekodi za urefu wa ulimwengu mnamo 1933 na 1934: ya kwanza - 19. km, ya pili - 22 km.
Hebu jaribu kuhesabu nini shinikizo la anga ni katika urefu huu.
Kwa urefu wa kilomita 19 tunaona kwamba shinikizo la hewa linapaswa kuwa
0.99919000/8 = 0.095 atm = 72 mm.
Kwa urefu wa kilomita 22
0.99922000/8 = 0.066 atm = 50 mm.
Walakini, tukiangalia rekodi za stratonauts, tunaona kuwa katika urefu ulioonyeshwa shinikizo zingine zilibainishwa: kwa urefu wa kilomita 19 - 50 mm, kwa urefu wa kilomita 22 - 45 mm.
Kwa nini hesabu haijathibitishwa? Kosa letu ni nini?
Sheria ya Mariotte ya gesi kwa shinikizo la chini inatumika kabisa, lakini wakati huu tulifanya upungufu mwingine: tulizingatia hali ya joto ya hewa kuwa sawa katika unene wote wa kilomita 20, wakati inashuka kwa urefu. Kwa wastani wanakubali; kwamba joto hupungua kwa 6.5 ° kwa kila kupanda kwa kilomita; Hii hutokea hadi mwinuko wa kilomita 11, ambapo halijoto ni minus 56° na kisha hubaki bila kubadilika kwa umbali mkubwa. Ikiwa tutazingatia hali hii (ambayo njia za hisabati ya msingi hazitoshi tena), tutapata matokeo ambayo yanaendana zaidi na ukweli. Kwa sababu hiyo hiyo, matokeo ya mahesabu yetu ya awali yanayohusiana na shinikizo la hewa katika vilindi lazima pia yaonekane kama makadirio.
Katika masomo ya fizikia ya shule, walimu daima wanasema kwamba matukio ya kimwili ni kila mahali katika maisha yetu. Tu sisi mara nyingi kusahau kuhusu hili. Wakati huo huo, vitu vya kushangaza viko karibu! Usifikiri kwamba unahitaji kitu chochote cha kupita kiasi ili kuandaa majaribio ya kimwili nyumbani. Na hapa kuna uthibitisho kwako;)
Penseli ya sumaku
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Betri.
- Penseli nene.
- Waya ya shaba iliyoingizwa na kipenyo cha 0.2-0.3 mm na urefu wa mita kadhaa (kwa muda mrefu, bora zaidi).
- Scotch.
Kufanya majaribio
Upepo waya kwa nguvu, ugeuke kugeuka, kuzunguka penseli, 1 cm fupi ya kingo zake. Wakati safu moja inaisha, upepo mwingine juu kwa mwelekeo tofauti. Na kadhalika mpaka waya yote itaisha. Usisahau kuacha ncha mbili za waya, 8-10 cm kila moja, bure Ili kuzuia zamu kutoka kwa kufuta baada ya kufuta, zihifadhi kwa mkanda. Futa ncha zisizolipishwa za waya na uziunganishe kwenye waasiliani za betri.
Nini kimetokea?
Iligeuka kuwa sumaku! Jaribu kuleta vitu vidogo vya chuma kwake - kipande cha karatasi, pini ya nywele. Wanavutiwa!
Bwana wa Maji
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Fimbo ya plexiglass (kwa mfano, mtawala wa mwanafunzi au mchanganyiko wa kawaida wa plastiki).
- Kitambaa cha kavu kilichofanywa kwa hariri au pamba (kwa mfano, sweta ya pamba).
Kufanya majaribio
Fungua bomba ili mkondo mwembamba wa maji unapita. Piga fimbo au kuchana kwa nguvu kwenye kitambaa kilichoandaliwa. Haraka kuleta fimbo karibu na mkondo wa maji bila kuigusa.
Nini kitatokea?
Mto wa maji utainama kwenye arc, ukivutiwa na fimbo. Jaribu kitu kimoja na vijiti viwili na uone kinachotokea.
Juu
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Karatasi, sindano na kifutio.
- Fimbo na kitambaa kavu cha sufu kutoka kwa uzoefu uliopita.
Kufanya majaribio
Unaweza kudhibiti zaidi ya maji tu! Kata kipande cha karatasi kwa upana wa cm 1-2 na urefu wa 10-15 cm, uinamishe kando na katikati, kama inavyoonekana kwenye picha. Ingiza ncha kali ya sindano kwenye eraser. Kusawazisha workpiece ya juu kwenye sindano. Jitayarisha "wand ya uchawi", uifute kwenye kitambaa kavu na ulete kwenye moja ya mwisho wa karatasi ya karatasi kutoka upande au juu bila kuigusa.
Nini kitatokea?
Ukanda utabembea juu na chini kama bembea, au inazunguka kama jukwa. Na ikiwa unaweza kukata kipepeo kutoka kwenye karatasi nyembamba, uzoefu utakuwa wa kuvutia zaidi.
Barafu na moto
(jaribio linafanywa siku ya jua)
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Kikombe kidogo na chini ya pande zote.
- Kipande cha karatasi kavu.
Kufanya majaribio
Mimina maji kwenye kikombe na uweke kwenye jokofu. Wakati maji yanapogeuka kuwa barafu, toa kikombe na kuiweka kwenye chombo cha maji ya moto. Baada ya muda, barafu itajitenga na kikombe. Sasa nenda nje kwenye balcony, weka kipande cha karatasi kwenye sakafu ya mawe ya balcony. Tumia kipande cha barafu ili kuzingatia jua kwenye kipande cha karatasi.
Nini kitatokea?
Karatasi inapaswa kuchomwa moto, kwa sababu sio barafu tu mikononi mwako tena ... Je, unadhani kwamba ulifanya kioo cha kukuza?
Kioo kibaya
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Mtungi wa uwazi na kifuniko kinachobana.
- Kioo.
Kufanya majaribio
Jaza jar na maji ya ziada na funga kifuniko ili kuzuia Bubbles za hewa kuingia ndani. Weka jar na kifuniko kinachoangalia juu ya kioo. Sasa unaweza kuangalia kwenye "kioo".
Leta uso wako karibu na uangalie ndani. Kutakuwa na picha ya kijipicha. Sasa anza kuinua jar kwa upande bila kuinua kutoka kioo.
Nini kitatokea?
Tafakari ya kichwa chako kwenye jar, kwa kweli, pia itainama hadi igeuke chini, na miguu yako bado haitaonekana. Inua kopo na tafakari itageuka tena.
Cocktail na Bubbles
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Kioo na suluhisho kali la chumvi la meza.
- Betri kutoka kwa tochi.
- Vipande viwili vya waya wa shaba takriban 10 cm kwa urefu.
- Sandpaper nzuri.
Kufanya majaribio
Safisha ncha za waya na sandpaper nzuri. Unganisha ncha moja ya waya kwa kila nguzo ya betri. Ingiza ncha za bure za waya kwenye glasi na suluhisho.
Nini kimetokea?
Viputo vitainuka karibu na ncha zilizopunguzwa za waya.
Betri ya limao
Ni nini kinachohitaji kutayarishwa?
- Lemon, nikanawa kabisa na kuifuta kavu.
- Vipande viwili vya waya wa shaba uliowekwa maboksi takriban 0.2-0.5 mm nene na urefu wa 10 cm.
- Kipande cha karatasi ya chuma.
- Balbu ya mwanga kutoka kwa tochi.
Kufanya majaribio
Futa ncha tofauti za waya zote mbili kwa umbali wa cm 2-3. Ingiza kipande cha karatasi ndani ya limau na ubonye ncha ya moja ya waya kwake. Ingiza mwisho wa waya wa pili ndani ya limau, 1-1.5 cm kutoka kwa karatasi. Ili kufanya hivyo, kwanza piga limau mahali hapa na sindano. Kuchukua ncha mbili za bure za waya na kuziweka kwenye mawasiliano ya balbu ya mwanga.
Nini kitatokea?
Nuru itawaka!
Nyumba ya uchapishaji "RIMIS" ni mshindi wa Tuzo ya Fasihi iliyopewa jina lake. Alexandra Belyaev 2008.
Maandishi na michoro zimerejeshwa kutoka kwa kitabu cha Ya. I. Perelman "Fizikia ya Burudani", iliyochapishwa na P. P. Soykin (St. Petersburg) mnamo 1913.
© RIMIS Publishing House, toleo, muundo, 2009
* * *
Mtangazaji bora wa sayansi
Mwimbaji wa hisabati, bard ya fizikia, mshairi wa unajimu, mtangazaji wa unajimu - hii ilikuwa na inabaki kwenye kumbukumbu ya Yakov Isidorovich Perelman, ambaye vitabu vyake viliuzwa ulimwenguni kote katika mamilioni ya nakala.
Jina la mtu huyu wa ajabu linahusishwa na kuibuka na maendeleo ya aina maalum - ya kufurahisha - ya umaarufu wa kisayansi wa misingi ya ujuzi. Mwandishi wa vitabu na vipeperushi zaidi ya mia moja, alikuwa na zawadi ya nadra ya kuzungumza juu ya ukweli kavu wa kisayansi kwa njia ya kusisimua na ya kuvutia, na kuamsha udadisi unaowaka na udadisi - hizi ni hatua za kwanza za kazi ya kujitegemea ya akili.
Inatosha hata kujijulisha kwa ufupi na vitabu vyake maarufu vya sayansi na insha ili kuona mwelekeo maalum wa mawazo ya ubunifu ya mwandishi wao. Kusudi la Perelman lilikuwa kuonyesha matukio ya kawaida katika mtazamo usio wa kawaida, wa kitendawili, na wakati huo huo kudumisha kutokamilika kwa kisayansi kwa tafsiri yao. Sifa kuu ya njia yake ya ubunifu ilikuwa uwezo wake wa kipekee wa kumshangaza msomaji na kuvutia umakini wake kutoka kwa neno la kwanza. "Sisi huacha kushangaa mapema," Perelman aliandika katika makala yake "Sayansi ya Kuburudisha," "tunapoteza mapema uwezo unaotuchochea kupendezwa na mambo ambayo hayaathiri moja kwa moja uwepo wetu ... Maji yangekuwa, bila shaka, kitu cha kushangaza zaidi katika maumbile, na Mwezi - mwonekano wa kushangaza zaidi angani, ikiwa zote mbili hazikuonekana mara nyingi sana.
Ili kuonyesha kawaida katika mwanga usio wa kawaida, Perelman alitumia kwa ustadi njia ya kulinganisha isiyotarajiwa. Mawazo makali ya kisayansi, utamaduni mkubwa wa jumla na wa kimwili na hisabati, utumiaji wa ustadi wa ukweli na viwanja vingi vya fasihi, kisayansi na kila siku, tafsiri yao ya kushangaza, isiyotarajiwa kabisa ilisababisha kuonekana kwa hadithi fupi za kisayansi na kisanii na insha ambazo zinasomwa. kwa umakini usio na alama na maslahi. Walakini, uwasilishaji wa kuburudisha sio mwisho yenyewe. Badala yake, sio kugeuza sayansi kuwa ya kufurahisha na burudani, lakini kuweka uchangamfu na ufundi wa uwasilishaji katika huduma ya kuelewa ukweli wa kisayansi - hii ndio kiini cha njia ya fasihi na umaarufu ya Yakov Isidorovich. "Ili hakuna hali ya juu juu, ili ukweli ujulikane ..." - Perelman alifuata wazo hili kwa uangalifu katika kazi yake ya ubunifu ya miaka 43. Ni katika mchanganyiko wa kuegemea madhubuti kwa kisayansi na aina ya burudani, isiyo ya kawaida ya uwasilishaji wa nyenzo ambayo siri ya mafanikio ya kuendelea ya vitabu vya Perelman iko.
Perelman hakuwa mwandishi wa kiti cha mkono, aliyeachana na ukweli ulio hai. Alijibu mara moja mahitaji ya kiutendaji ya nchi yake kwa njia ya uandishi wa habari. Wakati mnamo 1918 Baraza la Commissars la Watu wa RSFSR lilitoa amri juu ya kuanzishwa kwa mfumo wa metri ya uzani na vipimo, Yakov Isidorovich alikuwa wa kwanza kuchapisha vipeperushi kadhaa maarufu juu ya mada hii. Mara nyingi alitoa mihadhara katika kazi, shule na watazamaji wa kijeshi (alitoa mihadhara karibu elfu mbili). Kwa pendekezo la Perelman, lililoungwa mkono na N.K. Krupskaya, mnamo 1919 jarida la kwanza la sayansi maarufu la Soviet "Katika Warsha ya Asili" lilianza kuchapishwa (chini ya uhariri wake mwenyewe). Yakov Isidorovich hakubaki kando na mageuzi ya shule ya upili.
Ni lazima kusisitizwa kuwa shughuli za kufundisha za Perelman pia ziliwekwa alama na talanta ya kweli. Kwa miaka kadhaa alifundisha kozi za hisabati na fizikia katika taasisi za elimu ya juu na sekondari. Kwa kuongezea, aliandika vitabu 18 vya kiada na vifaa vya kufundishia kwa Shule ya Umoja wa Kazi ya Soviet. Wawili kati yao - "Msomaji wa Kimwili", toleo la 2, na "Kitabu kipya cha Shida juu ya Jiometri" (1923) walipokea heshima kubwa sana ya kuchukua nafasi kwenye rafu ya Maktaba ya Kremlin ya Vladimir Ilyich Lenin.
Picha ya Perelman imehifadhiwa katika kumbukumbu yangu - mtu aliyeelimika sana, mnyenyekevu sana, mwenye aibu kiasi, sahihi sana na mrembo, yuko tayari kila wakati kutoa msaada unaohitajika kwa wenzake. Alikuwa mfanyakazi wa kweli wa sayansi.
Mnamo Oktoba 15, 1935, Nyumba ya Sayansi ya Burudani ilianza kufanya kazi huko Leningrad - maonyesho yanayoonekana, yaliyomo ya vitabu vya Perelman. Mamia ya maelfu ya wageni walitembea kupitia kumbi za taasisi hii ya kipekee ya kitamaduni na elimu. Miongoni mwao alikuwa mwanafunzi wa shule ya Leningrad Georgy Grechko, ambaye sasa ni rubani-cosmonaut wa USSR, shujaa mara mbili wa Umoja wa Kisovyeti, Daktari wa Sayansi ya Kimwili na Hisabati. Hatima ya wanaanga wengine wawili - Mashujaa wa Umoja wa Kisovyeti K. P. Feoktistov na B. B. Egorov - pia wameunganishwa na Perelman: katika utoto walifahamiana na kitabu "Interplanetary Travel" na wakapendezwa nayo.
Wakati Vita Kuu ya Uzalendo ilianza, uzalendo wa Ya. I. Perelman na ufahamu wake wa juu wa jukumu la raia kwa Nchi ya Mama ulijidhihirisha wazi. Kubaki katika Leningrad iliyozingirwa, yeye, hakuwa tena kijana (alikuwa na umri wa miaka 60), alivumilia kwa uthabiti, pamoja na Leningrads wote, mateso ya kinyama na shida za kizuizi hicho. Licha ya mashambulizi ya makombora ya adui na mashambulizi ya anga ya jiji, Yakov Isidorovich alipata nguvu ya kushinda njaa na baridi na kutembea kutoka mwisho hadi mwisho wa Leningrad kuhudhuria mihadhara katika vitengo vya kijeshi. Alifundisha maafisa wa upelelezi wa jeshi na majini, na vile vile washiriki, juu ya kile ambacho kilikuwa muhimu sana wakati huo - uwezo wa kuzunguka eneo hilo na kuamua umbali wa malengo bila zana yoyote. Ndiyo, na sayansi ya kuburudisha ilitumikia kusudi la kumshinda adui!
Kwa huzuni yetu kubwa, mnamo Machi 16, 1942, Yakov Isidorovich alikufa - alikufa wakati wa kuzingirwa na njaa ...
Vitabu vya Ya. I. Perelman vinaendelea kuwatumikia watu hadi leo - vinachapishwa mara kwa mara katika nchi yetu, wanafurahia mafanikio ya mara kwa mara kati ya wasomaji. Vitabu vya Perelman vinajulikana sana nje ya nchi. Zimetafsiriwa katika Kihungari, Kibulgaria, Kiingereza, Kifaransa, Kijerumani na lugha nyingine nyingi za kigeni.
Kwa pendekezo langu, moja ya kreta upande wa mbali wa Mwezi ilipewa jina "Perelman".
Msomi V.P. GlushkoSehemu kutoka kwa utangulizi wa kitabu "Daktari wa Sayansi ya Burudani" (G. I. Mishkevich, M.: "Znanie", 1986).
Dibaji
Kitabu kilichopendekezwa, kwa mujibu wa asili ya nyenzo zilizokusanywa ndani yake, ni tofauti na makusanyo mengine ya aina hii. Majaribio ya kimwili, kwa maana madhubuti ya neno, hupewa nafasi ya pili ndani yake; kazi za burudani, maswali magumu na paradoksia kutoka kwa uwanja wa fizikia ya msingi, ambayo inaweza kutumika kwa madhumuni ya burudani ya akili, huletwa mbele. Kwa njia, baadhi ya kazi za uongo (Jules Verne, C. Flammarion, E. Poe, nk) hutumiwa kama nyenzo sawa; masuala ya fizikia yanaguswa. Mkusanyiko pia ni pamoja na nakala juu ya maswala kadhaa ya kupendeza ya fizikia ya kimsingi, ambayo kawaida hayajadiliwi kwenye vitabu vya kiada.
Kati ya majaribio, kitabu hiki kinajumuisha haswa yale ambayo sio ya kufundisha tu, bali pia ya kufurahisha, na, zaidi ya hayo, yanaweza kufanywa kwa kutumia vitu ambavyo viko karibu kila wakati. Majaribio na vielelezo kwao vilikopwa kutoka kwa Tom Titus, Tisandier, Beuys na wengine.
Ninaona kuwa ni jukumu la kupendeza kutoa shukrani zangu kwa mtaalamu wa misitu I.I. Polferov, ambaye alinipa huduma zisizoweza kurejeshwa katika kusoma uthibitisho wa hivi karibuni.
Petersburg, 1912Ya. Perelman
Mchoro wa Stevin kwenye ukurasa wa kichwa wa kitabu chake ("Muujiza na Sio Muujiza").
Sura ya I
Ongezeko na mtengano wa harakati na nguvu
Ni wakati gani tunasonga kwa kasi karibu na Jua - wakati wa mchana au usiku?
Swali la ajabu! Kasi ya mwendo wa Dunia kuzunguka Jua haiwezi, inaonekana, kuunganishwa kwa njia yoyote na mabadiliko ya mchana na usiku. Kwa kuongeza, duniani daima ni mchana katika nusu moja na usiku katika nyingine, hivyo swali yenyewe inaonekana haina maana.
Hata hivyo, sivyo. Sio kuhusu lini Dunia huenda kwa kasi, lakini kuhusu wakati Sisi, watu, tunasonga zaidi katika anga ya kimataifa. Na hii inabadilisha mambo. Usisahau kwamba tunafanya harakati mbili: tunakimbia kuzunguka Jua na wakati huo huo tunazunguka karibu na mhimili wa dunia. Harakati zote hizi mbili kunja juu- na matokeo ni tofauti, kulingana na ikiwa tuko kwenye nusu ya mchana au usiku wa Dunia. Angalia mchoro - na utaona mara moja kwamba usiku kasi ya mzunguko imeongezwa kwa kasi ya mbele ya Dunia, na wakati wa mchana, kinyume chake, inachukuliwa kutoka kwake.
Mchele. 1. Watu katika nusu ya dunia ya usiku huzunguka Jua kwa kasi zaidi kuliko nusu ya mchana.
Hii ina maana kwamba usiku tunasonga kwa kasi katika anga ya dunia kuliko wakati wa mchana.
Kwa kuwa kila sehemu ya ikweta hutembea karibu nusu maili kwa sekunde, kwa ukanda wa ikweta tofauti kati ya mwendo wa adhuhuri na usiku wa manane hufikia maili moja nzima kwa sekunde. Kwa St. Petersburg (iko kwenye sambamba ya 60) tofauti hii ni nusu kabisa.
Siri ya Cartwheel
Ambatisha kaki nyeupe kando ya ukingo wa gurudumu la mkokoteni (au kwenye tairi la baiskeli) na uiangalie huku mkokoteni (au baiskeli) unavyosonga. Utaona jambo la ajabu: wakati kaki iko chini ya gurudumu inayozunguka, inaonekana wazi kabisa; kinyume chake, katika sehemu ya juu ya gurudumu kaki hiyo hiyo huwaka haraka sana hivi kwamba huna muda wa kuiona. Ni nini? Je, inawezekana kwamba juu ya gurudumu huenda kwa kasi zaidi kuliko chini?
Kuchanganyikiwa kwako kutaongezeka zaidi ikiwa unalinganisha miiko ya juu na ya chini ya gurudumu linalosonga: zinageuka kuwa wakati spika za juu zinaunganishwa kuwa moja inayoendelea, zile za chini zinabaki kuonekana wazi kabisa. Tena, ni kana kwamba sehemu ya juu ya gurudumu inazunguka kwa kasi zaidi kuliko chini. Lakini wakati huo huo, tuna hakika kwamba gurudumu huenda sawasawa katika sehemu zake zote.
Je, ni jibu gani kwa jambo hili la ajabu? Ndio, kwa urahisi kwamba sehemu za juu za kila gurudumu linalozunguka kweli kwenda kwa kasi zaidi kuliko hizi hapa chini. Hii inaonekana ya kushangaza kabisa kwa mtazamo wa kwanza, na bado ni hivyo.
Mawazo rahisi yatatushawishi juu ya hili. Hebu tukumbuke kwamba kila hatua ya gurudumu inayozunguka hufanya harakati mbili mara moja: inazunguka mhimili na wakati huo huo inaendelea mbele pamoja na mhimili huu. Kutokea nyongeza ya harakati mbili- na matokeo ya nyongeza hii sio sawa kwa sehemu za juu na za chini za gurudumu. Yaani, juu ya gurudumu kuna harakati ya mzunguko imeongezwa kwa tafsiri, kwani harakati zote mbili zinaelekezwa kwa mwelekeo mmoja. Katika sehemu ya chini ya gurudumu, harakati ya mzunguko inaelekezwa kinyume chake na inachukuliwa kutoka kimaendeleo. Matokeo ya kwanza, bila shaka, ni makubwa zaidi kuliko ya pili - na ndiyo sababu sehemu za juu za gurudumu zinakwenda kwa kasi zaidi kuliko zile za chini.
Sehemu ya juu ya gurudumu linalozunguka husogea haraka kuliko chini. Linganisha mienendo ya AA" na BB".
Kwamba hii ndivyo ilivyo inaweza kuthibitishwa kwa urahisi na jaribio rahisi, ambalo tunapendekeza kufanya katika fursa nzuri ya kwanza. Bandika fimbo ardhini karibu na gurudumu la mkokoteni uliosimama ili fimbo iwe dhidi ya mhimili (ona Mchoro 2). Kwenye ukingo wa gurudumu, juu kabisa na chini kabisa, fanya alama kwa chaki; alama hizi ni nukta A Na B katika picha - watalazimika kupigana na fimbo. Sasa tembeza mkokoteni mbele kidogo (ona Mchoro 3) hadi ekseli iwe umbali wa futi 1 kutoka kwenye fimbo - na utambue jinsi alama zako zinavyosonga. Inatokea kwamba alama ya juu ni A- imesonga zaidi kuliko ile ya chini - B, ambayo ilihamia kidogo tu kutoka kwa fimbo kwa pembe ya juu.
Kwa neno moja, hoja na uzoefu huthibitisha wazo hilo, la kushangaza kwa mtazamo wa kwanza, kwamba sehemu ya juu ya gurudumu lolote la kusogea husogea haraka kuliko ya chini.
Ni sehemu gani ya baiskeli inayotembea polepole zaidi kuliko zingine zote?
Tayari unajua kwamba sio pointi zote za mkokoteni au baiskeli zinazosonga kwa usawa haraka, na kwamba pointi hizo za magurudumu ambazo kwa sasa zinagusana na ardhi zinasonga polepole zaidi.
Bila shaka, haya yote yanafanyika tu kwa kujiviringisha magurudumu, na sio kwa moja inayozunguka kwenye mhimili uliowekwa. Katika flywheel, kwa mfano, pointi zote za juu na za chini za mdomo huhamia kwa kasi sawa.
Siri ya gurudumu la reli
Jambo lisilotarajiwa zaidi hutokea kwenye gurudumu la reli. Unajua, bila shaka, kwamba magurudumu haya yana makali yanayojitokeza kwenye mdomo. Na kwa hivyo, sehemu ya chini kabisa ya mdomo kama huo wakati treni inasonga haisongi mbele hata kidogo, lakini nyuma! Hii ni rahisi kudhibitisha kwa hoja sawa na ile ya awali - na tunaiacha kwa msomaji kufikia zisizotarajiwa, lakini hitimisho sahihi kabisa kwamba katika treni ya kusonga haraka kuna pointi ambazo hazisongi mbele, lakini nyuma. Ukweli, harakati hii ya kurudi nyuma hudumu sehemu ndogo tu ya sekunde, lakini hii haibadilishi jambo: harakati ya kurudi nyuma (na haraka sana - haraka mara mbili kama mtembea kwa miguu) bado ipo, kinyume na maoni yetu ya kawaida.
Mchele. 4. Wakati gurudumu la reli linazunguka kando ya reli kwenda kulia, uhakika R mdomo wake unarudi upande wa kushoto.
Boti inatoka wapi?
Hebu fikiria kwamba boti ya mvuke inasafiri kwenye ziwa, na kuruhusu mshale a katika Mtini. 5 inaonyesha kasi na mwelekeo wa harakati zake. mashua ni meli juu yake, na mshale b inaonyesha kasi na mwelekeo wake. Ikiwa utaulizwa mahali ambapo mashua hii ilitoka, utaonyesha mara moja uhakika A ufukweni. Lakini ikiwa unauliza abiria wa meli ya meli na swali sawa, wataonyesha hatua tofauti kabisa.
Hii hutokea kwa sababu abiria wa meli huona mashua ikiwa haiko katika pembe za kulia kwa mwendo wake. Haipaswi kusahau kwamba hawajisiki harakati zao wenyewe. Inaonekana kwao kwamba wao wenyewe wamesimama, na mashua inakimbia kwa kasi yao kinyume chake (kumbuka kile tunachoona tunaposafiri kwenye gari la reli). Ndiyo maana kwa ajili yao mashua haina hoja tu katika mwelekeo wa mshale b, lakini pia katika mwelekeo wa mshale c, - ambayo ni sawa a, lakini kuelekezwa kinyume chake (tazama Mchoro 6). Harakati hizi zote mbili - halisi na dhahiri - zinaongeza, na kwa sababu hiyo, inaonekana kwa abiria wa meli kwamba mashua inasonga kwa mshazari kando ya parallelogram iliyojengwa juu yake. b Na c. Ulalo huu, umeonyeshwa kwenye Mtini. 6 yenye mstari wa nukta huonyesha ukubwa na mwelekeo wa harakati inayoonekana.
Mchele. 5. Mashua ( b) anasafiri kwa meli ( a).
Hii ndio sababu abiria watadai kwamba mashua ilisafiri B, sio ndani A.
Wakati sisi, tukikimbilia pamoja na Dunia kwenye mzunguko wake, tunakutana na mionzi ya nyota fulani, basi tunahukumu mahali pa asili ya miale hii vibaya kama vile abiria waliotajwa hapo juu hufanya makosa katika kuamua mahali pa kuondoka kwa mashua ya pili. . Kwa hivyo, nyota zote zinaonekana kwetu zikisogezwa mbele kidogo kwenye njia ya harakati ya Dunia. Lakini kwa kuwa kasi ya harakati ya Dunia haina maana ikilinganishwa na kasi ya mwanga (mara 10,000 chini), harakati hii haina maana sana na inaweza kugunduliwa tu kwa msaada wa vyombo sahihi zaidi vya angani. Jambo hili linaitwa "upungufu wa mwanga".
Mchele. 6. Abiria wa meli ( a) inaonekana kama mashua ( b) huelea kutoka kwa uhakika B.
Lakini wacha turudi kwenye shida kuhusu meli na mashua iliyojadiliwa hapo juu.
Ikiwa una nia ya matukio kama haya, jaribu, bila kubadilisha hali ya shida ya hapo awali, kujibu maswali: meli inaenda kwa mwelekeo gani? kwa abiria wa mashua? Meli inaelekea wapi ufukweni, kwa mujibu wa abiria wake? Ili kujibu maswali haya unahitaji kuwa kwenye mtandao a tengeneza, kama hapo awali, sambamba ya kasi. Ulalo wake utaonyesha kuwa kwa abiria wa mashua stima inaonekana kuwa inasafiri kwa mwelekeo wa oblique, kana kwamba inakaribia kuhama wakati fulani kwenye ufuo uliolala (katika Mchoro 6) kulia. B.
Je, inawezekana kuinua mtu kwenye vidole saba?
Mtu yeyote ambaye hajawahi kujaribu jaribio hili labda atasema kuwa kuinua mtu mzima kwenye vidole vyako ni haiwezekani. Wakati huo huo, hii inafanywa kwa urahisi sana na kwa urahisi. Watu watano wanapaswa kushiriki katika jaribio: wawili kuweka vidole vyao vya index (vya mikono miwili) chini ya miguu ya mtu anayeinuliwa; wengine wawili hutegemeza viwiko vyake kwa vidole vya index vya mkono wake wa kulia; hatimaye, wa tano anaweka kidole chake cha shahada chini ya kidevu cha mtu anayeinuliwa. Kisha, kwa amri: "Moja, mbili, tatu!" - wote watano kwa pamoja wanamwinua mwenzao, bila mvutano unaoonekana.
Mchele. 7. Unaweza kuinua mtu mzima na vidole saba.
Ikiwa unafanya jaribio hili kwa mara ya kwanza, utastaajabishwa na urahisi usiotarajiwa ambao unafanywa. Siri ya urahisi huu iko katika sheria mtengano nguvu Uzito wa wastani wa mtu mzima ni pauni 170; pauni hizi 170 huweka shinikizo kwa vidole saba kwa wakati mmoja, kwa hivyo kila kidole hubeba takriban pauni 25 tu. Ni rahisi kwa mtu mzima kuinua mzigo kama huo kwa kidole kimoja.
Pandisha karafu la maji na majani
Uzoefu huu pia unaonekana kuwa hauwezekani kabisa kwa mtazamo wa kwanza. Lakini tumeona tu jinsi ilivyo kutojali kuamini "mtazamo wa kwanza."
Chukua majani marefu, madhubuti na yenye nguvu, uinamishe na uingize kwenye karafu ya maji kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 8: mwisho wake unapaswa kupumzika dhidi ya ukuta wa decanter. Sasa unaweza kuinua - majani yatashikilia decanter.
Mchele. 8. Decanter ya maji huning'inia kwenye majani.
Wakati wa kuanzisha majani, lazima uhakikishe kuwa sehemu yake ambayo inakaa dhidi ya ukuta wa decanter ni sawa kabisa; vinginevyo majani yatapinda na mfumo wote utaanguka. Jambo zima hapa ni kwamba nguvu (uzito wa decanter) hufanya madhubuti kwa urefu Majani: Katika mwelekeo wa longitudinal, majani yana nguvu kubwa, ingawa huvunjika kwa urahisi katika mwelekeo wa kupita.
Ni bora kwanza kujifunza jinsi ya kufanya jaribio hili na chupa na kisha tu jaribu kurudia kwa decanter. Tunapendekeza kwamba wajaribu wasio na uzoefu waweke kitu laini kwenye sakafu, ikiwa tu. Fizikia ni sayansi nzuri, lakini hakuna haja ya kuvunja decanters ...
Jaribio lifuatalo linafanana sana na lile lililoelezwa na linategemea kanuni hiyo hiyo.
Toboa sarafu kwa sindano
Chuma ni ngumu zaidi kuliko shaba, na kwa hiyo, chini ya shinikizo fulani, sindano ya chuma inapaswa kupiga sarafu ya shaba. Shida pekee ni kwamba wakati nyundo inapiga sindano, itainama na kuivunja. Kwa hiyo, ni muhimu kupanga majaribio kwa njia ya kuzuia sindano kutoka kwa kupiga. Hii inafanikiwa kwa urahisi sana: weka sindano kwenye kizibo kando ya mhimili wake - na unaweza kupata biashara. Weka sarafu (kopeck) kwenye vitalu viwili vya mbao, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 9, na uweke kuziba na sindano juu yake. Makofi machache ya makini na sarafu imevunjwa. Cork kwa ajili ya majaribio lazima iwe mnene na juu ya kutosha.
Mchele. 9. Sindano huchoma sarafu ya shaba.
Kwa nini vitu vilivyochongoka vinachomoka?
Umewahi kufikiri juu ya swali: kwa nini sindano hupenya vitu tofauti kwa urahisi? Kwa nini ni rahisi kutoboa kitambaa au kadibodi na sindano nyembamba na ni ngumu sana kutoboa kwa fimbo nene? Hakika, katika visa vyote viwili, inaweza kuonekana kuwa nguvu sawa hufanya kazi.
Ukweli wa mambo ni kwamba nguvu hazifanani. Katika kesi ya kwanza, shinikizo yote imejilimbikizia kwenye ncha ya sindano, na katika kesi ya pili nguvu sawa inasambazwa juu ya eneo kubwa zaidi la mwisho wa fimbo. Eneo la ncha ya sindano ni maelfu ya mara chini ya eneo la mwisho wa fimbo, na kwa hiyo, shinikizo la sindano itakuwa mara elfu zaidi kuliko shinikizo la fimbo - kwa nguvu sawa. ya misuli yetu.
Kwa ujumla, tunapozungumzia shinikizo, daima ni muhimu, pamoja na nguvu, pia kuzingatia ukubwa wa eneo ambalo nguvu hii hufanya. Tunapoambiwa kwamba mtu hupokea rubles 600. mshahara, basi bado hatujui ikiwa ni mengi au kidogo: tunahitaji kujua - kwa mwaka au kwa mwezi? Kwa njia hiyo hiyo, athari ya nguvu inategemea ikiwa nguvu inasambazwa kwa inchi ya mraba au kujilimbikizia kwenye inchi ya mraba 1/100. milimita.
Kwa sababu hiyo hiyo, kisu chenye ncha kali hukatwa vizuri zaidi kuliko nyepesi.
Kwa hivyo, vitu vilivyoimarishwa ni vya kuchomwa, na visu vilivyochomwa hukatwa vizuri kwa sababu nguvu kubwa imejilimbikizia kwenye vidokezo na vile.
Sura ya II
Mvuto. Mkono wa lever. Mizani
Juu ya mteremko
Tumezoea kuona miili mizito ikiteremka chini ya ndege iliyoinama hivi kwamba mfano wa mwili unaozunguka juu kwa uhuru unaonekana mwanzoni kama muujiza. Walakini, hakuna kitu rahisi kuliko kupanga muujiza kama huo wa kufikiria. Chukua kamba ya kadibodi inayoweza kubadilika, ipinde kwenye mduara na gundi ncha pamoja - utapata pete ya kadibodi. Gundi sarafu nzito, kama vile kipande cha kopeki hamsini, ndani ya pete hii kwa nta. Sasa weka pete hii kwenye msingi wa ubao uliowekwa ili sarafu iko mbele ya fulcrum, juu. Toa pete na itainua mteremko yenyewe (tazama Mchoro 10).
Mchele. 10. Pete hujikunja yenyewe.
Sababu ni wazi: sarafu, kwa sababu ya uzito wake, inaelekea kuchukua nafasi ya chini kabisa kwenye pete, lakini, ikisonga na pete, kwa hivyo inailazimisha kusonga juu.
Ikiwa ungependa kubadilisha hali ya utumiaji kuwa kituo kikuu na kuwashangaza wageni wako, unahitaji kuitayarisha kwa njia tofauti kidogo. Ambatanisha kitu kizito kwa upande wa ndani wa sanduku tupu la kofia ya pande zote; basi, baada ya kufunga sanduku na kuiweka vizuri katikati ya ubao uliopendekezwa, waulize wageni: sanduku litazunguka wapi ikiwa halijafanyika - juu au chini? Kwa kweli, kila mtu atasema kwa umoja kuwa iko chini, na watastaajabishwa sana wakati sanduku likizunguka mbele ya macho yao. Tilt ya bodi lazima, bila shaka, si kuwa kubwa sana kwa hili.
Versta ni kitengo cha Kirusi cha kipimo cha umbali sawa na fathomu mia tano au mita 1,066.781. - Takriban. mh.
Mguu - (Mguu wa Kiingereza - mguu) - kitengo cha kupima umbali wa Uingereza, Amerika na Kale ya Kirusi, sawa na sentimita 30.48. Haijajumuishwa katika mfumo wa SI. - Takriban. mh.
Inchi - (kutoka kwa duim ya Uholanzi - kidole gumba) - jina la Kirusi kwa kitengo cha umbali katika mifumo isiyo ya kipimo cha Uropa, kawaida ni sawa na 1/12 au 1/10 ("inchi ya desimali") ya mguu wa nchi inayolingana. Neno inchi lilianzishwa katika lugha ya Kirusi na Peter I mwanzoni mwa karne ya 18. Leo, inchi mara nyingi hueleweka kama inchi ya Kiingereza, sawa na cm 2.54 haswa. - Takriban. mh.