In diesem Buch geht es dem Autor nicht so sehr darum, den Leser über neues Wissen zu informieren, sondern ihm zu helfen, „zu lernen, was er weiß“, d. Dies wird erreicht, indem eine bunte Reihe von Rätseln, komplizierten Fragen, unterhaltsame Geschichten, lustige Probleme, Paradoxien und unerwartete Vergleiche aus dem Bereich der Physik, bezogen auf die Bandbreite alltäglicher Phänomene oder aus bekannten Werken der Science-Fiction. Besonders häufig verwendete der Verfasser das Material der letztgenannten Art, da er es für die Zwecke der Sammlung als am besten geeignet erachtete: Es werden Auszüge aus den Romanen und Erzählungen von Jules Verne, Wells, Mark Twain und anderen gegeben. Die darin beschriebenen fantastischen Erlebnisse können neben ihrer Versuchung auch als lebendige Illustrationen eine wichtige Rolle im Unterricht spielen.

Der Verfasser versuchte, soweit er konnte, der Präsentation eine äußerlich interessante Form zu geben, um dem Thema Attraktivität zu verleihen. Er ließ sich von dem psychologischen Axiom leiten, dass das Interesse an einem Thema die Aufmerksamkeit erhöht, das Verständnis erleichtert und somit zu einer bewussteren und nachhaltigeren Assimilation beiträgt.

Entgegen der für solche Sammlungen üblichen Sitte wird in „Entertaining Physics“ der Beschreibung amüsanter und spektakulärer physikalischer Experimente nur sehr wenig Raum eingeräumt. Dieses Buch verfolgt einen anderen Zweck als Sammlungen, die Material zum Experimentieren bieten. Das Hauptziel von „Entertaining Physics“ besteht darin, die Aktivität der wissenschaftlichen Vorstellungskraft anzuregen, den Leser daran zu gewöhnen, im Geiste der Naturwissenschaften zu denken und in seinem Gedächtnis zahlreiche Assoziationen physikalischen Wissens mit den unterschiedlichsten Phänomenen des Lebens, mit allem, womit er normalerweise in Kontakt kommt, zu schaffen. Die Einstellung, an die sich der Verfasser bei der Überarbeitung des Buches halten wollte, wurde von V. I. Lenin mit den folgenden Worten angegeben: „Ein populärer Schriftsteller führt den Leser zu tiefem Nachdenken, zu tiefer Lehre, ausgehend von den einfachsten und bekanntesten Daten, zeigt mit Hilfe einfacher Überlegungen oder gut ausgewählter Beispiele die wichtigsten Schlussfolgerungen aus diesen Daten auf und regt den denkenden Leser zu immer weiteren Fragen an.“ Der populäre Schriftsteller setzt keinen gedankenlosen, unwilligen oder unfähigen Leser voraus; im Gegenteil, er setzt bei einem unentwickelten Leser die ernsthafte Absicht voraus, mit dem Kopf zu arbeiten, und hilft ihm bei dieser ernsthaften und schwierigen Arbeit, leitet ihn, hilft ihm, die ersten Schritte zu tun, und lehrt ihn, aus eigener Kraft weiter zu gehen.

Angesichts des Interesses der Leser an der Geschichte dieses Buches präsentieren wir einige bibliografische Daten dazu.

„Entertaining Physics“ wurde vor einem Vierteljahrhundert „geboren“ und war das Erstgeborene einer großen Buchfamilie seines Autors, die mittlerweile mehrere Dutzend Mitglieder umfasst.

„Entertaining Physics“ hatte das Glück, – wie Leserbriefe bezeugen – bis in die entlegensten Winkel der Union vorzudringen.

Die große Verbreitung des Buches, die das große Interesse weiter Kreise an physikalischem Wissen bezeugt, legt dem Autor eine ernsthafte Verantwortung für die Qualität seines Materials auf. Das Bewusstsein dieser Verantwortung erklärt die zahlreichen Änderungen und Ergänzungen im Text von „Entertaining Physics“ in den Nachdrucken. Man könnte sagen, das Buch wurde in den gesamten 25 Jahren seines Bestehens geschrieben. In der neuesten Ausgabe ist kaum die Hälfte des Textes der ersten Ausgabe und fast keine der Abbildungen erhalten.

Der Autor erhielt von anderen Lesern Bitten, auf eine Überarbeitung des Textes zu verzichten, um ihn nicht „wegen eines Dutzend neuer Seiten zum Kauf jedes Nachdrucks“ zu zwingen. Solche Überlegungen können den Autor kaum von der Verpflichtung entbinden, sein Werk in jeder Hinsicht zu verbessern. „Unterhaltsame Physik“ ist es nicht Kunstwerk, und der Aufsatz ist wissenschaftlich, wenn auch populär. Sein Thema – die Physik – wird bereits in seinen anfänglichen Grundlagen ständig mit neuem Material bereichert, und das Buch muss es regelmäßig in seinen Text aufnehmen.

Andererseits hört man oft Vorwürfe, dass „Entertaining Physics“ solchen Themen keinen Raum einräumt neueste Fortschritte Funktechnik, die Spaltung des Atomkerns, moderne physikalische Theorien usw. Vorwürfe dieser Art sind die Frucht eines Missverständnisses. „Entertaining Physics“ hat eine klar definierte Zielsetzung; Die Auseinandersetzung mit diesen Fragen ist Aufgabe anderer Arbeiten.

An „Entertaining Physics“ schließen sich neben ihrem zweiten Buch noch mehrere weitere Werke derselben Autorin an. Eines ist für einen relativ unvorbereiteten Leser gedacht, der noch nicht mit einem systematischen Studium der Physik begonnen hat, und trägt den Titel „Physics at Every Step“ (herausgegeben von „Detizdat“). Mit den anderen beiden sind hingegen diejenigen gemeint, die ihr Physikstudium an der weiterführenden Schule bereits abgeschlossen haben. Dies sind „Unterhaltsame Mechanik“ und „Kennst du Physik?“. Das letzte Buch ist sozusagen das Ende von „Entertaining Physics“.

Auf dieser Seite sammle ich mir bekannte unterhaltsame Bücher über Physik: Bücher, die ich zu Hause habe, Links zu Geschichten und Rezensionen zu solchen Büchern.

Bitte fügen Sie in den Kommentaren hinzu, welche unterhaltsamen wissenschaftlichen Bücher Sie kennen.

N.M. Zubkov „Leckere Wissenschaft“ Erlebnisse und Experimente in der Küche für Kinder von 5 bis 9 Jahren. Ein einfaches kleines Buch. Ich würde das Alter herabsetzen, zu einfach und berühmte Experimente, als würde man ein Ei in Salzwasser schwimmen lassen und Eis in einen Pelzmantel wickeln. Meistens Antworten auf die „Warum?“-Fragen der Kinder. Obwohl ich vielleicht zu anspruchsvoll bin) Also im Prinzip ist alles schön und verständlich)

L. Gendenstein und andere „Mechanik“ ist ein Buch aus meiner Kindheit. Darin lernen Freunde in Form von Comics die Gesetze der Mechanik kennen. Dieses Kennenlernen findet im Spiel, im Gespräch allgemein, zwischendurch statt. Ich mochte sie damals sehr und mag sie immer noch. Vielleicht begann mit ihr meine Leidenschaft für die Physik?

„Enzyklopädie für Kinder“. Auch dieser Talmud stammt aus meiner Kindheit. Es enthält 5 Bände. Es geht auch um Kunst, Geographie, Biologie und Geschichte. Und dieses hier ist natürlich. Wie oft ich es öffne, bin ich so überzeugt, dass die alten Enzyklopädien nicht wie die aktuellen sind. Die Zeichnungen sind (meistens) echte Schwarzweißzeichnungen, aber es gibt viel mehr Informationen.

A. V. Lukyanova „Echte Physik für Jungen und Mädchen“. Das erste Buch über Physik, das ich mir gekauft habe. Was soll ich sagen? Nicht sofort beeindruckt. Das Buch ist großformatig, die Zeichnungen sind wunderschön, das Papier ist dick, der Preis ist hoch. Und tatsächlich nicht viel. Aber grundsätzlich können Sie mit Ihrem Kind lesen, Bilder anschauen.

A. Dmitriev „Großvaters Truhe“. Diese kleine Broschüre ist mein Favorit. Vom Design her fast selbstveröffentlicht, aber alle Experimente und wissenschaftlichen Spielzeuge werden auf sehr verständliche und einfache Weise beschrieben.

Tom Tit „Wissenschaftsspaß“. Überall wird dieses Buch sehr gelobt, mir hat es aber auch nicht wirklich gefallen. Experimente sind interessant. Aber es gibt keine Erklärung. Und ohne Erklärung geht es irgendwie schlecht aus.

Y. Perelman „Unterhaltsame Mechanik“, „Physik auf Schritt und Tritt“, „Unterhaltsame Physik“. Perelman ist natürlich ein Klassiker des Genres. Allerdings sind seine Bücher nichts für die Kleinen.

Bruno Donath „Physik im Spiel“. Es sieht aus wie Tom Tit, nur ist es für meine Wahrnehmung irgendwie einfacher und es werden Erklärungen zu allen Experimenten und Spielen gegeben.

L.A. Sikoruk „Physik für Kinder“. Es sieht ein bisschen aus wie mein „Mechaniker“ Gendenstein aus der Kindheit. Nein, das sind keine Comics, sondern Bekanntschaft mit physikalische Gesetze Die Natur geht ins Gespräch und zwischen Taten. Ich habe dieses Buch nicht zum Verkauf gefunden, da ich es nur in gedruckter Form habe.

Nun, mein letztes Hobby sind Karten mit wissenschaftlichen Experimenten.

Ja. I. Perelman

Unterhaltsame Physik

EDITORIAL

Die vorgeschlagene Ausgabe von „Entertaining Physics“ wiederholt grundsätzlich die vorherigen. Ya. I. Perelman arbeitete viele Jahre an dem Buch, verbesserte den Text und ergänzte ihn, und zum letzten Mal im Leben des Autors wurde das Buch 1936 veröffentlicht (dreizehnte Auflage). Bei der Veröffentlichung nachfolgender Auflagen haben sich die Herausgeber keine radikale Überarbeitung des Textes oder wesentliche Ergänzungen zum Ziel gesetzt: Der Autor hat den Hauptinhalt von „Entertaining Physics“ so gewählt, dass er durch die Veranschaulichung und Vertiefung der Grundinformationen aus der Physik bisher nicht veraltet ist. Darüber hinaus ist seit 1936 so viel Zeit vergangen, dass der Wunsch zum Nachdenken aufkommt letzte Errungenschaften Die Physik würde sowohl zu einer deutlichen Steigerung des Buches als auch zu einer Veränderung seines „Gesichts“ führen. Beispielsweise ist der Text des Autors zu den Prinzipien der Raumfahrt nicht veraltet, aber eigentliches Material In diesem Bereich gibt es bereits so viel, dass man den Leser nur auf andere Bücher verweisen kann, die sich speziell diesem Thema widmen. Die vierzehnte und fünfzehnte Auflage (1947 und 1949) wurden von Prof. herausgegeben. A. B. Mlodzeevsky. An der Vorbereitung der sechzehnten Ausgabe (1959-1960) beteiligte sich Assoc. V. A. Ugarov. Bei der Redaktion aller Veröffentlichungen, die ohne Autor erschienen, wurden lediglich veraltete Zahlen ersetzt, Projekte, die sich nicht rechtfertigten, zurückgezogen und gesonderte Ergänzungen und Anmerkungen vorgenommen.

Bei diesem Buch handelt es sich um eine eigenständige Sammlung, die keine direkte Fortsetzung des ersten Buches von Entertaining Physics darstellt. Der Erfolg der ersten Sammlung veranlasste den Autor, den Rest des von ihm gesammelten Materials zu verarbeiten, und so entstand dieses zweite oder vielmehr ein weiteres Buch, das dieselben Bereiche der Physik abdeckt.

Im vorgeschlagenen Buch, wie auch im ersten, geht es dem Verfasser nicht so sehr darum, neues Wissen zu vermitteln, sondern vielmehr darum, die einfachsten Informationen zur Physik, die der Leser bereits hat, wiederzubeleben und aufzufrischen. Der Zweck des Buches besteht darin, die Aktivität der wissenschaftlichen Vorstellungskraft anzuregen, das Denken im Geiste der Physik zu lehren und die Gewohnheit zu entwickeln, die Anwendung des eigenen Wissens zu diversifizieren. Daher wird in „Entertaining Physics“ der Beschreibung spektakulärer Experimente ein untergeordneter Platz eingeräumt; körperliche Rätsel treten in den Vordergrund, interessante Aufgaben, lehrreiche Paradoxien, komplizierte Fragen, unerwartete Vergleiche aus dem Bereich der physikalischen Phänomene usw. Auf der Suche nach solchem ​​Material greift der Compiler auf die Bandbreite der Phänomene des Alltags, auf den Bereich der Technik, auf die Natur, auf die Seiten von Science-Fiction-Romanen zurück – kurzum auf alles, was außerhalb des Lehrbuchs und des Physikkabinetts die Aufmerksamkeit eines neugierigen Lesers auf sich ziehen kann.

Indem der Verfasser das Buch nicht zum Studieren, sondern zum Lesen bestimmte, versuchte er, soweit er konnte, eine Überlagerung und eine äußerlich interessante Form zu geben, basierend auf der Tatsache, dass das Interesse am Thema die Aufmerksamkeit erhöht, die Denkarbeit fördert und folglich zu einer bewussteren Assimilation beiträgt. Um das Interesse an physikalischen Berechnungen wiederzubeleben, wurde in einigen Artikeln dieser Sammlung Rechenmaterial eingeführt (was im ersten Buch fast nie gemacht wurde). Generell ist diese Materialsammlung für einen etwas fortgeschritteneren Leser gedacht als das erste Buch „Recreational Physics“, allerdings ist der Unterschied zwischen den beiden Büchern in dieser Hinsicht so gering, dass sie in beliebiger Reihenfolge und unabhängig voneinander gelesen werden können. Ein drittes Buch „Recreational Physics“ gibt es nicht. Stattdessen hat der Autor folgende Bücher zusammengestellt: „Unterhaltsame Mechanik“, „Kennen Sie Physik?“ und zusätzlich ein separates Buch, das der Astronomie gewidmet ist: „Entertaining Astronomy“.

1936 Y. Perelman

Kapitel zuerst

GRUNDLEGENDE GESETZE DER MECHANIK

Die günstigste Art zu reisen

Der geistreiche französische Schriftsteller des 17. Jahrhunderts, Cyrano de Bergerac, berichtet in seiner satirischen „Geschichte der Staaten auf dem Mond“ (1652) unter anderem von einem solchen angeblichen Vorfall erstaunlicher Fall. Verfolgen physikalische Experimente, wurde er einmal auf unverständliche Weise zusammen mit seinen Flaschen hoch in die Luft gehoben. Als es ihm nach ein paar Stunden gelang, wieder zu Boden zu gelangen, befand er sich zu seinem Erstaunen nicht mehr in seiner Heimat Frankreich und nicht einmal in Europa, sondern auf dem Festland von Nordamerika, in Kanada! Dein unerwarteter Flug durch Atlantischer Ozean Der französische Schriftsteller findet es jedoch ganz natürlich. Er erklärt es damit, dass der unfreiwillige Reisende dabei getrennt wurde Erdoberfläche, unser Planet drehte sich wie zuvor weiter nach Osten; Deshalb lag, als er sank, unter seinen Füßen statt Frankreich das amerikanische Festland.

Es scheint, was für eine günstige und einfache Art zu reisen! Man muss sich nur über die Erde erheben und mindestens ein paar Minuten in der Luft bleiben, um an einem ganz anderen Ort, weit im Westen, abzusteigen. Anstatt mühsame Reisen über Kontinente und Ozeane zu unternehmen, können Sie regungslos über der Erde schweben und warten, bis sie selbst ein Ziel für den Reisenden darstellt.

Leider, erstaunliche Art und Weise Dies ist nichts weiter als eine Fantasie. Erstens sind wir, nachdem wir in die Luft gestiegen sind, im Wesentlichen noch nicht vom Globus getrennt: Wir bleiben mit seiner gasförmigen Hülle verbunden, wir hängen in seiner Atmosphäre, die auch an der Rotation der Erde um ihre Achse teilnimmt. Die Luft (oder besser gesagt ihre unteren, dichteren Schichten) rotiert mit der Erde und nimmt alles mit, was sich darin befindet: Wolken, Flugzeuge, alle fliegenden Vögel, Insekten usw. Wenn die Luft nicht an der Rotation des Globus beteiligt wäre, würden wir uns auf der Erde ständig fühlen der stärkste Wind, im Vergleich dazu würde der schrecklichste Hurrikan wie ein sanfter Hauch erscheinen). Schließlich ist es völlig gleichgültig: ob wir still stehen und die Luft an uns vorbeizieht, oder im Gegenteil, die Luft bewegungslos ist und wir uns darin bewegen; In beiden Fällen geht es uns gleich starker Wind. Ein Motorradfahrer, der sich mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h bewegt, verspürt selbst bei vollkommen ruhigem Wetter den stärksten Gegenwind.

Abbildung 1. Kann man von einem Ballon aus sehen, wie sich der Globus dreht? (Abbildung nicht maßstabsgetreu).

Das ist zuerst. Zweitens: Selbst wenn wir in die oberen Schichten der Atmosphäre aufsteigen könnten oder wenn die Erde überhaupt nicht von Luft umgeben wäre, wären wir nicht einmal in der Lage, die billige Art des Reisens zu nutzen, von der der französische Satiriker träumte. Tatsächlich bewegen wir uns, nachdem wir uns von der Oberfläche der rotierenden Erde gelöst haben, aufgrund der Trägheit mit der gleichen Geschwindigkeit weiter, d. h. mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich die Erde unter uns bewegt. Wenn wir wieder hinabsteigen, befinden wir uns an genau der Stelle, von der wir uns zuvor getrennt haben, so wie wir, nachdem wir in den Waggon eines fahrenden Zuges gesprungen sind, an dieselbe Stelle hinabsteigen. Es stimmt, wir werden uns durch Trägheit in einer geraden Linie (auf einer Tangente) bewegen und die Erde unter uns - in einem Bogen; aber für kurze Zeiträume ändert dies nichts an der Sache.

„Erde, hör auf!“

Der berühmte englische Schriftsteller HG Wells hat eine fantastische Geschichte darüber, wie ein gewisser Angestellter Wunder vollbrachte. Ein sehr engstirniger junger Mann erwies sich durch den Willen des Schicksals als Besitzer eines erstaunlichen Geschenks: Er musste nur einen Wunsch äußern, und dieser wurde sofort erfüllt. Wie sich jedoch herausstellte, brachte das verlockende Geschenk weder seinem Besitzer noch anderen Menschen etwas anderes als Ärger. Das Ende dieser Geschichte ist für uns lehrreich.

Nach einer langen Nacht des Trinkens kam der Wunderheiler aus Angst, im Morgengrauen nach Hause zu kommen, auf den Gedanken, seine Gabe zu nutzen, um die Nacht zu verlängern. Wie kann man das machen? Es ist notwendig, den Himmelskörpern den Befehl zu geben, ihren Lauf zu stoppen. Der Angestellte entschied sich nicht sofort für eine solch außergewöhnliche Leistung, und als ein Freund ihm riet, Luna aufzuhalten, sagte er, während er sie aufmerksam ansah, nachdenklich:

„- Es scheint mir, dass sie dafür zu weit weg ist ... Was denkst du?

Aber warum nicht versuchen? - beharrte Meidig (das war der Name eines Freundes. - Ya. P.). - Natürlich wird es nicht aufhören, Sie werden nur die Rotation der Erde stoppen. Ich hoffe, das schadet niemandem!

Hm, - sagte Fotheringay (Angestellter - J.P.), - Alles klar, ich werde es versuchen. Also…

Er nahm eine herrische Pose ein, streckte seine Hände über die Welt aus und sagte feierlich:

Erde, hör auf! Hör auf zu drehen! Bevor er diese Worte beenden konnte, flogen die Freunde bereits mit einer Geschwindigkeit von mehreren Dutzend Meilen pro Minute ins All.

Trotzdem dachte er weiter nach. In weniger als einer Sekunde gelang es ihm, den folgenden Wunsch zu denken und auszudrücken:

Was auch immer passiert, möge ich am Leben und unverletzt sein!

Man muss zugeben, dass dieser Wunsch zum richtigen Zeitpunkt geäußert wurde. Noch ein paar Sekunden – und er fiel auf frisch ausgegrabene Erde, und um ihn herum rasten Steine, Gebäudefragmente, Metallgegenstände verschiedener Art, ohne ihm Schaden zuzufügen; Eine unglückliche Kuh flog ebenfalls und stürzte beim Aufprall auf den Boden. Der Wind wehte mit schrecklicher Kraft; er konnte nicht einmal den Kopf heben, um sich umzusehen.

„Unverständlich“, rief er mit gebrochener Stimme. - Was ist passiert? Sturm, oder? Ich muss etwas falsch gemacht haben.

Er blickte sich so weit um, wie es der Wind und die flatternden Zipfel seiner Jacke zuließen, und fuhr fort:

Im Himmel scheint alles gut zu laufen. Hier ist der Mond. Nun, und alles andere ... Wo ist die Stadt? Wo sind die Häuser und die Straßen? Woher kam der Wind? Ich habe den Wind nicht befohlen.

Fotheringay versuchte aufzustehen, aber das erwies sich als völlig unmöglich, und so bewegte er sich auf allen Vieren vorwärts und hielt sich an Steinen und Erdvorsprüngen fest. Allerdings konnte man nirgendwo hingehen, denn soweit man unter den Falten der vom Wind über den Kopf des Reptilienmagiers geworfenen Jacke sehen konnte, war alles um ihn herum ein einziges Bild der Zerstörung.

Etwas im Universum hat sich ernsthaft verschlechtert, dachte er, aber was genau, ist unbekannt.

Tatsächlich hat es sich verschlechtert. Keine Häuser, keine Bäume, keine Lebewesen jeglicher Art – nichts war zu sehen. Nur formlose Ruinen und heterogene Fragmente lagen herum, kaum sichtbar in dem ganzen Staubsturm.

Der Schuldige an all dem verstand natürlich nicht, was los war. Und doch wurde es sehr einfach erklärt. Nachdem er die Erde sofort gestoppt hatte, dachte Fotheringay nicht an Trägheit, aber im Falle eines plötzlichen Stopps der Kreisbewegung müsste sie unweigerlich alles, was sich darauf befand, von der Erdoberfläche abwerfen. Deshalb flogen Häuser, Menschen, Bäume, Tiere – im Allgemeinen alles, was nicht untrennbar mit der Hauptmasse des Globus verbunden war – mit der Geschwindigkeit einer Kugel tangential an seine Oberfläche. Und dann fiel alles wieder auf die Erde und zerbrach in Stücke.

Fotheringay erkannte, dass das Wunder, das er vollbracht hatte, nicht besonders erfolgreich war. Deshalb erfasste ihn ein tiefer Ekel vor allen möglichen Wundern und er gelobte sich, sie nicht mehr zu tun. Aber zuerst war es notwendig, die von ihm verursachten Probleme zu beheben. Dieser Ärger erwies sich als groß. Der Sturm tobte, Staubwolken bedeckten den Mond, und in der Ferne war das Geräusch herannahenden Wassers zu hören; Fotheringay sah im Licht des Blitzes eine ganze Wasserwand, die sich mit schrecklicher Geschwindigkeit auf die Stelle zubewegte, auf der er lag. Er wurde entschlossen.

Stoppen! schrie er und wandte sich dem Wasser zu. - Kein Schritt weiter!

Dann wiederholte er den gleichen Befehl für Donner, Blitz und Wind.

Alles war ruhig. Er setzte sich auf die Hocke, dachte er.

Wie man nicht noch einmal Chaos anrichtet, dachte er und sagte dann: „Erstens, wenn alles, was ich jetzt bestelle, erfüllt ist, lass mich die Fähigkeit verlieren, Wunder zu wirken und wie gewöhnliche Menschen zu sein.“ Wir brauchen keine Wunder. Zu gefährliches Spielzeug. Und zweitens soll alles wie zuvor sein: dieselbe Stadt, dieselben Menschen, dieselben Häuser, und ich selbst bin derselbe wie damals.

Brief aus dem Flugzeug

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Flugzeug, das schnell über die Erde fliegt. Nachfolgend finden Sie bekannte Orte. Jetzt fliegen Sie über das Haus, in dem Ihr Freund wohnt. „Es wäre schön, ihm Grüße zu schicken“, schoss es dir durch den Kopf. Sie schreiben schnell ein paar Wörter auf ein Blatt Notizbuchpapier, binden die Notiz an einen schweren Gegenstand, den wir später „Last“ nennen werden, und lassen die Last von Ihren Händen los, nachdem Sie auf den Moment gewartet haben, in dem das Haus direkt unter Ihnen liegt.

Bist du dabei volles Vertrauen Natürlich wird die Last in den Garten des Hauses fallen. Allerdings fällt es überhaupt an die falsche Stelle, obwohl der Garten und das Haus direkt unter Ihnen liegen!

Wenn man ihn aus dem Flugzeug fallen sah, würde man es sehen seltsames Phänomen: Die Last sinkt, bleibt aber gleichzeitig unter dem Flugzeug, als würde sie an einem unsichtbaren, daran befestigten Faden entlanggleiten. Und wenn die Ladung den Boden erreicht, wird sie sich weit vor der von Ihnen skizzierten Stelle befinden.

Hier manifestiert sich das gleiche Gesetz der Trägheit, das uns daran hindert, den verlockenden Rat zu nutzen, den Weg von Bergerac zu beschreiten. Während sich die Fracht im Flugzeug befand, bewegte sie sich zusammen mit dem Auto. Du hast ihn gehen lassen. Nachdem sich die Last jedoch vom Flugzeug gelöst hat und herunterfällt, verliert sie nicht ihre Anfangsgeschwindigkeit, sondern bewegt sich beim Fallen gleichzeitig in der Luft in die gleiche Richtung weiter. Beide Bewegungen, vertikale und horizontale, addieren sich, und als Ergebnis fliegt die Fracht in einer gekrümmten Linie nach unten und bleibt die ganze Zeit unter dem Flugzeug (es sei denn, das Flugzeug selbst ändert natürlich die Richtung oder Fluggeschwindigkeit). Die Ladung fliegt im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie ein horizontal geworfener Körper, beispielsweise eine Kugel, die aus einer horizontal gerichteten Waffe geworfen wird: Der Körper beschreibt eine bogenförmige Bahn, die am Ende auf dem Boden endet.

Beachten Sie, dass alles, was hier gesagt wird, absolut wahr wäre, wenn es keinen Luftwiderstand gäbe. Tatsächlich verlangsamt dieser Widerstand sowohl die vertikale als auch die horizontale Bewegung der Ladung, wodurch die Ladung nicht immer direkt unter dem Flugzeug bleibt, sondern etwas hinter diesem zurückbleibt.

Die Abweichung der Lotlinie kann sehr groß sein, wenn das Flugzeug hoch und mit hoher Geschwindigkeit fliegt schnelle Geschwindigkeit. Bei ruhigem Wetter fällt eine Last, die von einem Flugzeug fällt, das in 1000 m Höhe mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h fliegt, 400 Meter vor der senkrecht unter dem Flugzeug liegenden Stelle (Abb. 2).

Die Berechnung (wenn wir den Luftwiderstand vernachlässigen) ist einfach. Aus der Formel für den Weg mit gleichmäßig beschleunigter Bewegung

Das verstehen wir

Daher muss der Stein aus einer Höhe von 1000 m hineinfallen

d.h. 14 Sek.

Während dieser Zeit hat er Zeit, sich in horizontaler Richtung zu bewegen

Bombardierung

Nach dem Gesagten wird deutlich, wie schwierig die Aufgabe eines Militärpiloten ist, der den Auftrag hat, eine Bombe abzuwerfen bestimmter Ort: Er muss sowohl die Geschwindigkeit des Flugzeugs als auch die Wirkung der Luft auf den fallenden Körper und darüber hinaus auch die Windgeschwindigkeit berücksichtigen. Auf Abb. 3 schematisch dargestellt verschiedene Wege, beschrieben durch eine abgeworfene Bombe unter bestimmten Bedingungen. Bei Windstille liegt die abgeworfene Bombe entlang der AP-Kurve; Warum so – wir haben es oben erklärt. Bei gutem Wind wird die Bombe vorwärts getragen und bewegt sich. entlang der AG-Kurve. Bei mäßig starkem Gegenwind fällt die Bombe entlang der Kurve AD, wenn der Wind oben und unten gleich ist; wenn der Wind unten, wie es oft vorkommt, eine Richtung hat, die dem Wind von oben entgegengesetzt ist (oben - Gegenwind, unten - schwach), ändert die Fallkurve ihr Aussehen und nimmt die Form einer Linie A E an.

Abbildung 2. Eine von einem fliegenden Flugzeug geschleuderte Last fällt nicht vertikal, sondern entlang einer Kurve.

Abbildung 3. Der Weg, entlang dem Bomben aus einem Flugzeug fallen. AR – bei ruhigem Wetter; AG – mit Rückenwind, AD – mit Gegenwind, AE – mit Gegenwind oben und Rückenwind unten.

Nonstop-Bahn

Wenn man auf einem stationären Bahnsteig steht und ein Kurierzug daran vorbeirast, ist es natürlich schwierig, während der Fahrt ins Auto zu springen. Aber stellen Sie sich vor, dass sich auch der Bahnsteig unter Ihnen mit der gleichen Geschwindigkeit und in die gleiche Richtung bewegt wie der Zug. Wird es für Sie dann schwierig sein, ins Auto einzusteigen?

Ganz und gar nicht: Sie steigen genauso ruhig ein, als ob das Auto stillstehen würde. Da Sie und der Zug sich mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegen, ruht der Zug relativ zu Ihnen vollständig. Zwar drehen sich seine Räder, aber es wird Ihnen so vorkommen, als würden sie sich auf der Stelle drehen. Streng genommen bewegen sich alle Objekte, die wir normalerweise als bewegungslos betrachten – zum Beispiel ein am Bahnhof stehender Zug – mit uns um die Erdachse und um die Sonne; In der Praxis können wir diese Bewegung jedoch ignorieren, da sie uns überhaupt nicht stört.

Daher ist es durchaus vorstellbar, dass der Zug, der an den Bahnhöfen vorbeifährt, die Fahrgäste mit voller Geschwindigkeit ohne Anhalten aufnimmt und aussteigt. Solche Vorkehrungen werden häufig auf Ausstellungen getroffen, um dem Publikum einen schnellen und bequemen Blick auf die über ein weites Gelände verteilten Sehenswürdigkeiten zu ermöglichen. Die Extrempunkte des Ausstellungsbereichs, als ob endloses Band, sind durch eine Eisenbahn verbunden; Fahrgäste können jederzeit und an jedem Ort bei voller Geschwindigkeit des Zuges in die Waggons ein- und aussteigen.

Dieses merkwürdige Gerät ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Auf Abb. 4 Buchstaben A und B markieren die Extremstationen. Jede Station verfügt über eine kreisförmige feste Plattform, die von einer großen rotierenden Ringscheibe umgeben ist. Um die rotierenden Scheiben beider Stationen herum verläuft ein Seil, an dem die Wagen befestigt sind. Beobachten Sie nun, was passiert, wenn sich die Scheibe dreht. Die Waggons laufen mit der gleichen Geschwindigkeit um die Scheiben herum, wie sich ihre Außenkanten drehen; Folglich können die Passagiere ohne die geringste Gefahr von den Scheiben zu den Waggons wechseln oder umgekehrt den Zug verlassen. Beim Verlassen des Wagens geht der Passagier entlang der rotierenden Scheibe zum Mittelpunkt des Kreises, bis er eine feste Plattform erreicht; und der Übergang vom Innenrand der beweglichen Scheibe zur festen Plattform ist nicht schwierig, da hier bei kleinem Kreisradius auch die Umfangsgeschwindigkeit sehr gering ist. Am internen festen Bahnsteig angekommen, muss der Fahrgast nur noch die Brücke überqueren und zum Boden außerhalb der Bahnstrecke gelangen (Abb. 5).

Abbildung 4. Schema der Nonstop-Bahn zwischen den Bahnhöfen A und B. Das Bahnhofsgerät ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 5. Nonstop-Bahnhof.

Das Fehlen häufiger Stopps führt zu enormen Zeit- und Energieverbrauchseinsparungen. In Stadtbahnen zum Beispiel Großer Teil Zeit und fast zwei Drittel der gesamten Energie werden für die allmähliche Beschleunigung der Bewegung beim Verlassen des Bahnhofs und für die Verlangsamung beim Anhalten aufgewendet.

An Bahnhöfen könnte sogar auf spezielle mobile Bahnsteige verzichtet werden, um Fahrgäste bei voller Geschwindigkeit des Zuges aufzunehmen und auszusteigen. Stellen Sie sich einen Kurierzug vor, der an einem gewöhnlichen stationären Bahnhof vorbeifährt. Wir wollen, dass er hier neue Passagiere aufnimmt, ohne anzuhalten. Lassen Sie diese Passagiere vorerst ihre Plätze in einem anderen Zug einnehmen, der auf einem parallelen Abstellgleis steht, und lassen Sie diesen Zug beginnen, sich vorwärts zu bewegen, wobei er die gleiche Geschwindigkeit wie der Kurier entwickelt. Wenn beide Züge nebeneinander fahren, bleiben sie relativ zueinander bewegungslos: Es reicht aus, Brücken zu werfen, die die Waggons beider Züge verbinden, und die Passagiere des Hilfszuges können sicher zum Kurier umsteigen. Haltestellen an Bahnhöfen werden, wie Sie sehen, überflüssig.

Gehwege bewegen

Auf dem Prinzip der Relativität der Bewegung basiert auch ein weiteres Gerät, das bisher nur auf Ausstellungen eingesetzt wurde: die sogenannten „Fahrsteige“. Zum ersten Mal wurden sie 1893 auf einer Ausstellung in Chicago und dann 1900 auf der Pariser Weltausstellung durchgeführt. Hier ist eine Zeichnung eines solchen Geräts (Abb. 6). Sie sehen fünf geschlossene Gehwege, die sich durch einen speziellen Mechanismus mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ineinander bewegen.

Die extremste Spur fährt recht langsam – mit einer Geschwindigkeit von nur 5 km/h; Dies ist die übliche Geschwindigkeit eines Fußgängers, und es ist nicht schwierig, auf eine so langsam kriechende Spur zu gelangen. Daneben verläuft im Inneren die zweite Spur mit einer Geschwindigkeit von 10 km/h. Es wäre gefährlich, direkt von einer stillstehenden Straße darauf zu springen, aber es kostet nichts, von der Titelseite aus darauf zu springen. In der Tat: In Bezug auf diesen ersten Streifen, der mit einer Geschwindigkeit von 5 km pro Stunde kriecht, schafft der zweite, der mit einer Geschwindigkeit von 10 km pro Stunde läuft, nur 5 km pro Stunde; es bedeutet, dass der Übergang vom ersten zum zweiten ebenso einfach ist wie der Übergang von der Erde zum ersten. Die dritte Spur bewegt sich bereits mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h, aber der Wechsel von der zweiten Spur dorthin ist natürlich nicht schwer. Ebenso einfach ist es, mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h von der dritten auf die nächste, vierte Spur zu wechseln und schließlich mit einer Geschwindigkeit von 25 km/h von dort auf die fünfte zu rasen. Diese fünfte Spur bringt den Fahrgast an den Punkt, den er braucht; Von hier aus landet er, indem er sich sukzessive von Streifen zu Streifen zurückbewegt, auf dem unbeweglichen Boden.

Abbildung 6. Bewegliche Gehwege.

hartes Gesetz

Keines der drei Grundgesetze der Mechanik ist wohl so verwirrend wie das berühmte „Newtons dritte Gesetz“ – das Gesetz von Aktion und Reaktion. Jeder kennt es, er weiß, wie man es auch in anderen Fällen richtig anwendet, und doch sind nur wenige frei von Unklarheiten in seinem Verständnis. Vielleicht hatten Sie, lieber Leser, das Glück, ihn sofort zu verstehen – aber ich gestehe, ich habe ihn erst zehn Jahre nach meiner ersten Bekanntschaft vollständig verstanden.

Sprechen mit verschiedene Personen Ich war mehr als einmal davon überzeugt, dass die Mehrheit nur mit erheblichen Vorbehalten bereit ist, die Richtigkeit dieses Gesetzes anzuerkennen. Sie geben bereitwillig zu, dass dies für bewegungslose Körper gilt, aber sie verstehen nicht, wie es auf die Wechselwirkung bewegter Körper angewendet werden kann ... Aktion, so sagt das Gesetz, ist immer gleich und entgegengesetzt zur Reaktion. Das heißt, wenn das Pferd den Karren zieht, zieht der Karren das Pferd mit der gleichen Kraft zurück. Aber dann muss der Wagen an Ort und Stelle bleiben: Warum bewegt er sich überhaupt? Warum gleichen sich diese Kräfte nicht gegenseitig aus, wenn sie gleich sind?

Das sind die üblichen Schwierigkeiten, die mit diesem Gesetz verbunden sind. Das Gesetz ist also falsch? Nein, er ist sicherlich wahr; wir verstehen es einfach falsch. Kräfte gleichen sich nicht aus, nur weil sie auf verschiedene Körper wirken: der eine auf den Karren, der andere auf das Pferd. Ja, die Kräfte sind gleich, aber erzeugen dieselben Kräfte immer die gleichen Wirkungen? Verleihen gleiche Kräfte allen Körpern gleiche Beschleunigungen? Hängt die Wirkung einer Kraft auf einen Körper nicht vom Körper ab, von der Größe des „Widerstands“, den der Körper selbst der Kraft entgegensetzt?

Wenn man darüber nachdenkt, wird klar, warum das Pferd den Karren zieht, obwohl der Karren ihn mit der gleichen Kraft zurückzieht. Die auf den Wagen wirkende Kraft und die auf das Pferd wirkende Kraft sind in jedem Moment gleich; Da sich der Karren aber frei auf Rädern bewegt und das Pferd auf dem Boden ruht, ist klar, warum der Karren auf das Pferd zurollt. Denken Sie auch daran, dass der Wagen keinen Widerstand leistet treibende Kraft Pferde also ... auf ein Pferd könnte man verzichten: am meisten schwache Stärke hätte den Karren in Bewegung setzen sollen. Das Pferd muss dann den Widerstand des Karrens überwinden.

All dies wäre besser verständlich und weniger verwirrend, wenn das Gesetz nicht in der üblichen Kurzform ausgedrückt würde: „Aktion ist gleich Reaktion“, sondern beispielsweise so: „Die Kraft, die reagiert, ist gleich der Kraft, die wirkt.“ Schließlich sind hier nur die Kräfte gleich, während die Wirkungen (wenn wir unter „Kraftwirkung“ wie üblich die Bewegung eines Körpers verstehen) meist unterschiedlich sind, weil die Kräfte auf verschiedene Körper wirken.

Genau das Gleiche, wenn Polareis drückte den Körper des Tscheljuskins, seine Seiten drückten mit gleicher Kraft auf das Eis. Die Katastrophe ereignete sich, weil das mächtige Eis einem solchen Druck standhalten konnte, ohne zusammenzubrechen; Der Rumpf des Schiffes, obwohl Stahl, aber kein fester Körper, erlag dieser Kraft, wurde zerquetscht und zerquetscht. (Weitere Einzelheiten zu den physischen Todesursachen von „Tscheljuskin“ werden später in einem separaten Artikel auf S. 44 beschrieben.)

Auch der Fall von Körpern gehorcht strikt dem Gesetz der Gegenwirkung. Ein Apfel fällt auf die Erde, weil er von der Erdkugel angezogen wird; aber mit genau der gleichen Kraft zieht der Apfel unseren gesamten Planeten an sich. Streng genommen fallen der Apfel und die Erde aufeinander, aber die Geschwindigkeit dieses Falls ist für den Apfel und für die Erde unterschiedlich. Gleiche gegenseitige Anziehungskräfte verleihen dem Apfel eine Beschleunigung von 10 m/s2 und der Globus- um ein Vielfaches weniger, als die Masse der Erde um ein Vielfaches die Masse eines Apfels übersteigt. Natürlich ist die Masse des Globus unglaublich oft größer als die Masse eines Apfels, und daher erfährt die Erde eine so vernachlässigbare Bewegung, dass sie in der Praxis als gleich Null angesehen werden kann. Deshalb sagen wir, dass der Apfel auf die Erde fällt, anstatt zu sagen: „Der Apfel und die Erde fallen aufeinander“).

Warum ist der Held Swjatogor gestorben?

Erinnern Sie sich an das Volksmärchen über Svyatogor, den Bogatyr, der beschloss, die Erde zu errichten? Der Legende nach war auch Archimedes bereit, das gleiche Kunststück zu vollbringen und verlangte einen Drehpunkt für seinen Hebel. Aber Svyatogor war auch ohne Einfluss stark. Er suchte nur nach etwas, an dem er sich festhalten konnte, nach etwas, dem er heldenhafte Hände verleihen konnte. „Wie würde ich Schub finden, damit ich die ganze Erde anheben könnte!“ Die Gelegenheit bot sich: Der Held fand auf dem Boden eine „Handtasche“, die „sich nicht verstecken, nicht falten, nicht aufstehen“ konnte.

Wenn Svyatogor das Gesetz von Aktion und Reaktion gekannt hätte, wäre ihm klar geworden, dass seine heroische Kraft, wenn er auf die Erde angewendet wird, eine gleichwertige und daher ebenso kolossale Gegenkraft hervorrufen würde, die ihn in die Erde ziehen könnte.

Auf jeden Fall wird aus dem Epos deutlich, dass die Beobachtung der Menschen längst den Widerstand bemerkt hat, den die Erde ausübt, wenn sie sich auf sie verlässt. Die Menschen wandten das Gesetz der Reaktion unbewusst Jahrtausende an, bevor Newton es erstmals in seinem unsterblichen Buch verkündete. Mathematische Grundlagen Naturphilosophie“ (d. h. Physik).

Ist ein Umzug ohne Unterstützung möglich?

Beim Gehen stoßen wir uns mit den Füßen vom Boden bzw. vom Boden ab; Auf sehr glattem Boden oder auf Eis, von dem sich der Fuß nicht abstoßen kann, ist das Gehen unmöglich. Beim Fahren wird die Lokomotive durch die „Antriebsräder“ von den Schienen abgestoßen: Wenn die Schienen mit Öl geschmiert sind, bleibt die Lokomotive an Ort und Stelle. Manchmal werden sogar (bei eisigen Bedingungen) die Schienen vor den Antriebsrädern der Lokomotive mit Sand aus einer speziellen Vorrichtung bestreut, um den Zug von seinem Platz zu bewegen. Als Räder und Schienen (in den Anfängen der Eisenbahn) mit Zahnrädern versehen wurden, ging man davon aus, dass sich die Räder von den Schienen abstoßen sollten. Das Dampfschiff wird durch die Blätter des Bordrads oder Propellers vom Wasser abgestoßen. Das Flugzeug wird ebenfalls mit Hilfe einer Schraube – einem Propeller – aus der Luft abgestoßen. Mit einem Wort: In welcher Umgebung sich ein Objekt auch bewegt, es ist darauf angewiesen, wenn es sich bewegt. Aber kann sich ein Körper ohne äußere Unterstützung in Bewegung setzen?

Es scheint, dass der Versuch, eine solche Bewegung auszuführen, dasselbe ist wie der Versuch, sich an den Haaren hochzuheben. Wie Sie wissen, ist ein solcher Versuch bisher nur Baron Münchhausen gelungen. Mittlerweile ist es genau diese vermeintlich unmögliche Bewegung, die sich oft vor unseren Augen abspielt. Es ist wahr, dass der Körper sich nicht vollständig selbst in Bewegung setzen kann interne Kräfte, aber es kann einen Teil seiner Materie in eine Richtung bewegen, den Rest in die entgegengesetzte Richtung. Wie oft haben Sie eine fliegende Rakete gesehen, aber haben Sie über die Frage nachgedacht: Warum fliegt sie? Mit der Rakete haben wir ein klares Beispiel für genau die Art von Bewegung, die uns jetzt interessiert.

Warum hebt eine Rakete ab?

Selbst unter Leuten, die Physik studiert haben, kommt es oft vor, dass sie eine völlig falsche Erklärung für den Flug einer Rakete hören: Sie fliegt, weil sie von ihren Gasen, die bei der Verbrennung von Schießpulver in ihr entstehen, aus der Luft abgestoßen wird. So dachte man früher (Raketen sind eine alte Erfindung). Würde eine Rakete jedoch in einem luftleeren Raum abgefeuert, würde sie nicht schlechter, sondern sogar besser fliegen als in der Luft. Der wahre Grund für die Bewegung der Rakete ist ein völlig anderer. Der Revolutionär des Ersten März, Kibalchich, hat es in seinem Abschiedsbrief über die von ihm erfundene Flugmaschine sehr klar und einfach ausgedrückt. Er erklärte den Aufbau von Kampfraketen und schrieb:

„In einen Zinnzylinder, der an einer Basis geschlossen und an der anderen offen ist, wird ein Zylinder aus komprimiertem Schießpulver fest eingesetzt, der entlang der Achse einen Hohlraum in Form eines Kanals aufweist. Das Verbrennen des Schießpulvers beginnt an der Oberfläche dieses Kanals und breitet sich über einen bestimmten Zeitraum bis zur Außenfläche des gepressten Schießpulvers aus; Bei der Verbrennung entstehende Gase erzeugen Druck in alle Richtungen. aber die seitlichen Drücke der Gase gleichen sich gegenseitig aus, während der Druck auf den Boden der Zinnhülle aus Schießpulver, der nicht durch den entgegengesetzten Druck ausgeglichen wird (da die Gase in dieser Richtung einen freien Austritt haben), die Rakete vorwärts drückt.

Hier geschieht das Gleiche wie beim Abfeuern einer Kanone: Das Projektil fliegt nach vorne und die Kanone selbst wird zurückgestoßen. Denken Sie an den „Rückstoß“ einer Waffe und jeder Schusswaffe im Allgemeinen! Wenn die Kanone in der Luft hängen würde, ohne sich auf irgendetwas zu stützen, würde sie sich nach dem Abfeuern mit einer bestimmten Geschwindigkeit zurückbewegen, die um ein Vielfaches geringer ist als die Geschwindigkeit des Projektils, wie oft das Projektil leichter ist als die Kanone selbst. In Jules Vernes Science-Fiction-Roman „Upside Down“ planten die Amerikaner sogar, die Rückstoßkraft einer gigantischen Kanone zu nutzen, um ein grandioses Unterfangen durchzuführen – „die Erdachse zu begradigen“.

Eine Rakete ist dieselbe Kanone, nur dass sie keine Granaten, sondern Pulvergase ausstößt. Aus dem gleichen Grund dreht sich auch das sogenannte „chinesische Rad“, das Sie wahrscheinlich beim Feuerwerksbau bewundern konnten: Wenn Schießpulver in am Rad befestigten Röhren brennt, strömen die Gase in eine Richtung aus, während die Röhren selbst (und mit ihnen das Rad) die entgegengesetzte Bewegung erhalten. Im Wesentlichen handelt es sich dabei lediglich um eine Modifikation eines bekannten physikalischen Geräts – des Segner-Rads.

Es ist interessant festzustellen, dass es vor der Erfindung des Dampfschiffs ein Projekt für ein mechanisches Schiff gab, das auf denselben Anfängen basierte; Der Wasservorrat des Schiffes sollte mit einer starken Druckpumpe im Heck abgepumpt werden; Infolgedessen musste sich das Schiff vorwärts bewegen, wie die schwimmenden Blechdosen, die zur Verfügung stehen, um das betrachtete Prinzip im Physikunterricht der Schule zu beweisen. Dieses (von Ramsey vorgeschlagene) Projekt wurde nicht umgesetzt, aber er spielte bekannte Rolle an der Erfindung des Dampfschiffs, als er Fulton zu seiner Idee inspirierte.

Abbildung 7. Die älteste Dampfmaschine (Turbine), die Heron von Alexandria zugeschrieben wird (2. Jahrhundert v. Chr.).

Abbildung 8. Newton zugeschriebenes Dampfauto.

Abbildung 9. Spielzeug-Dampfgarer aus Papier und Eierschalen. Der Brennstoff ist Alkohol, der in einen Fingerhut gegossen wird. Aus der Öffnung des „Dampfkessels“ austretender Dampf (ein ausgeblasenes Ei) lässt den Dampfer in die entgegengesetzte Richtung segeln.

Wir wissen auch, dass die älteste Dampfmaschine, die bereits im 2. Jahrhundert v. Chr. von Heron von Alexandria erfunden wurde, nach dem gleichen Prinzip gebaut wurde: Dampf aus einem Kessel (Abb. 7) strömte durch ein Rohr in eine darauf montierte Kugel horizontale Achse; Dann strömte der Dampf aus den gekröpften Rohren, drückte diese Rohre in die entgegengesetzte Richtung und die Kugel begann sich zu drehen. Leider blieb die Heldin-Dampfturbine in der Antike nur ein merkwürdiges Spielzeug, da die Billigkeit der Sklavenarbeit niemanden zum praktischen Einsatz von Maschinen ermutigte. Aber das Prinzip selbst wurde von der Technik nicht aufgegeben: Heutzutage wird es beim Bau von Strahlturbinen eingesetzt.

Newton – dem Autor des Gesetzes von Aktion und Reaktion – wird eines der frühesten Projekte eines Dampfwagens zugeschrieben, das auf demselben Prinzip basiert: Dampf aus einem auf Rädern stehenden Kessel entweicht in eine Richtung, und der Kessel selbst rollt aufgrund des Rückstoßes in die entgegengesetzte Richtung (Abb. 8).

Raketenautos, über deren Experimente 1928 viel in Zeitungen und Zeitschriften geschrieben wurde, sind eine moderne Modifikation des Newtonschen Wagens.

Für Liebhaber des Handwerks hier eine Zeichnung eines Papierdampfers, der ebenfalls Newtons Karren sehr ähnelt: In einem Dampfkessel entsteht aus einem leeren Ei, das mit einer in Alkohol getränkten Watte in einem Fingerhut erhitzt wird, Dampf; Es entweicht in einem Strahl in eine Richtung und zwingt das gesamte Dampfschiff, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Für den Bau dieses lehrreichen Spielzeugs sind allerdings sehr geschickte Hände nötig.

Wie bewegt sich ein Tintenfisch?

Es wird für Sie seltsam sein zu hören, dass es nicht wenige Lebewesen gibt, für die das imaginäre „Sich an den Haaren hochheben“ die übliche Art ist, sie im Wasser zu bewegen.

Abbildung 10. Schwimmbewegung eines Tintenfisches.

Die Tintenfische und im Allgemeinen die meisten Kopffüßer bewegen sich im Wasser auf folgende Weise: Sie nehmen Wasser durch den seitlichen Schlitz und einen speziellen Trichter vor dem Körper in die Kiemenhöhle auf und stoßen dann kräftig einen Wasserstrahl durch den Trichter aus; Gleichzeitig erhalten sie nach dem Gesetz der Gegenwirkung einen Rückstoß, der ausreicht, um recht schnell mit der Rückseite des Körpers nach vorne zu schwimmen. Der Tintenfisch kann jedoch das Rohr des Trichters seitwärts oder nach hinten richten und sich, indem er schnell Wasser herausdrückt, in jede Richtung bewegen.

Auf diesem Prinzip beruht auch die Bewegung der Qualle: Durch die Anspannung der Muskeln drückt sie Wasser unter ihrem glockenförmigen Körper hervor und erhält einen Stoß in die entgegengesetzte Richtung. Salpen, Libellenlarven und andere Wassertiere nutzen bei der Fortbewegung eine ähnliche Technik. Und wir zweifelten immer noch daran, ob eine solche Bewegung überhaupt möglich sei!

Was könnte verlockender sein, als den Globus zu verlassen und durch das weite Universum zu reisen, von der Erde zum Mond, von Planet zu Planet? Wie viele fantastische Romane wurden zu diesem Thema geschrieben! Wer hat uns nicht auf eine imaginäre Reise durch die Himmelskörper mitgenommen! Voltaire in „Micromegas“, Jules Verne in „Eine Reise zum Mond“ und Hector Servadacus, Wells in „Die ersten Menschen auf dem Mond“ und viele ihrer Nachahmer unternahmen die interessantesten Reisen himmlische Körper, - natürlich in Träumen.

Gibt es wirklich keine Möglichkeit, diesen alten Traum zu verwirklichen? Sind all die witzigen Projekte, die in Romanen mit so verlockender Plausibilität dargestellt werden, wirklich nicht realisierbar? In Zukunft werden wir mehr über fantastische Projekte interplanetarer Reisen sprechen; Machen wir uns nun mit dem eigentlichen Projekt solcher Flüge vertraut, das zuerst von unserem Landsmann K. E. Tsiolkovsky vorgeschlagen wurde.

Kann man mit dem Flugzeug zum Mond fliegen? Natürlich nicht: Flugzeuge und Luftschiffe bewegen sich nur, weil sie sich an der Luft anlehnen, sich von ihr abstoßen, und zwischen Erde und Mond gibt es keine Luft. Im Weltraum gibt es im Allgemeinen kein ausreichend dichtes Medium, auf das sich ein „interplanetares Luftschiff“ verlassen könnte. Das bedeutet, dass es notwendig ist, ein solches Gerät zu erfinden, das sich bewegen und steuern lässt, ohne auf irgendetwas angewiesen zu sein.

Ein ähnliches Projektil in Form eines Spielzeugs kennen wir bereits – mit einer Rakete. Warum nicht eine riesige Rakete bauen, mit einem speziellen Raum für Menschen, Lebensmittelvorräte, Lufttanks und alles andere? Stellen Sie sich vor, was Menschen in einer Rakete mit sich führen großer Vorrat Bei brennbaren Stoffen kann ich den Austritt explosiver Gase in jede beliebige Richtung lenken. Sie erhalten ein echtes steuerbares Himmelsschiff, mit dem Sie im Ozean des Weltraums segeln, zum Mond und zu Planeten fliegen können ... Passagiere können durch die Kontrolle von Explosionen die Geschwindigkeit dieses interplanetaren Luftschiffs mit der notwendigen Schrittweise erhöhen, sodass die Geschwindigkeitssteigerung für sie ungefährlich ist. Wenn sie zu einem Planeten absteigen möchten, können sie durch Drehen ihres Schiffes die Geschwindigkeit des Projektils schrittweise verringern und so den Fall abschwächen. Schließlich können Passagiere auf dem gleichen Weg zur Erde zurückkehren.

Abbildung 11. Das Projekt eines interplanetaren Luftschiffs, das wie eine Rakete angeordnet ist.

Erinnern wir uns daran, wie die Luftfahrt kürzlich ihre ersten zaghaften Eroberungen feierte. Und jetzt fliegen bereits Flugzeuge hoch in die Luft, Berge, Wüsten, Kontinente, Ozeane fliegen darüber. Vielleicht wird die „Astronomie“ in zwei oder drei Jahrzehnten die gleiche großartige Blüte erleben? Dann wird ein Mensch die unsichtbaren Ketten sprengen, die ihn so lange an seinen Heimatplaneten gefesselt haben, und in die grenzenlosen Weiten des Universums stürzen.

Kapitel Zwei

GEWALT. ARBEIT. REIBUNG.

Problem mit Schwan, Flusskrebs und Hecht

Die Geschichte, wie „ein Schwan, ein Flusskrebs und ein Hecht eine Ladung Gepäck auf sich nahmen“, ist jedem bekannt. Aber kaum jemand hat versucht, diese Fabel aus der Sicht der Mechanik zu betrachten. Das Ergebnis ähnelt überhaupt nicht der Schlussfolgerung des Fabulisten Krylov.

Vor uns liegt ein mechanisches Problem für die Addition mehrerer Kräfte, die in einem Winkel zueinander wirken. Die Richtung der Kräfte wird in der Fabel wie folgt definiert:

... Der Schwan bricht in die Wolken ein,

Der Krebs weicht zurück und der Hecht zieht ins Wasser.

Das bedeutet (Abb. 12), dass eine Kraft, der Schub des Schwans, nach oben gerichtet ist; ein anderer, Hechtschub (OV), - seitwärts; der dritte, Schub von Krebs (OS), - zurück. Vergessen wir nicht, dass es eine vierte Kraft gibt – das Gewicht des Wagens, das senkrecht nach unten gerichtet ist. Die Fabel besagt, dass „der Karren noch da ist“, mit anderen Worten, dass die Resultierende aller auf den Karren einwirkenden Kräfte Null ist.

Ist es so? Mal sehen. Der den Wolken entgegeneilende Schwan stört die Arbeit von Krebs und Hecht nicht, er hilft ihnen sogar: Der gegen die Schwerkraft gerichtete Schub des Schwans verringert die Reibung der Räder am Boden und an der Achse, wodurch das Gewicht des Wagens verringert und vielleicht sogar vollständig ausgeglichen wird, da die Ladung gering ist („Gepäck würde ihnen leicht erscheinen“). Der Einfachheit halber vermieten letzter Fall, sehen wir, dass nur noch zwei Kräfte übrig bleiben: der Schub des Krebses und der Schub des Hechts. Über die Richtung dieser Kräfte heißt es: „Der Krebs bewegt sich zurück und der Hecht zieht ins Wasser.“ Es versteht sich von selbst, dass das Wasser nicht vor dem Wagen stand, sondern irgendwo an der Seite (die Krylov-Arbeiter versammelten sich nicht, um den Wagen zu versenken!). Das bedeutet, dass die Kräfte von Krebs und Hecht schräg zueinander gerichtet sind. Liegen die einwirkenden Kräfte nicht auf einer Geraden, kann ihre Resultierende nicht gleich Null sein.

Abbildung 12. Das Problem von Krylovs Schwan, Flusskrebs und Hecht, gelöst nach den Regeln der Mechanik. Das Resultierende (OD) sollte den Karren in den Fluss tragen.

Nach den Regeln der Mechanik bauen wir auf beiden Kräften OB und OS ein Parallelogramm auf, dessen Diagonale OD die Richtung und Größe der Resultierenden angibt. Es ist klar, dass diese resultierende Kraft den Wagen von seinem Platz bewegen muss, insbesondere da sein Gewicht ganz oder teilweise durch den Schub des Schwans ausgeglichen wird. Noch eine Frage: In welche Richtung bewegt sich der Wagen: vorwärts, rückwärts oder seitwärts? Es hängt bereits vom Verhältnis der Kräfte und von der Größe des Winkels zwischen ihnen ab.

Leser, die etwas Übung in der Addition und Zerlegung von Kräften haben, werden es auch dann leicht herausfinden, wenn die Kraft des Schwans das Gewicht des Wagens nicht ausgleicht; Sie werden überzeugt sein, dass der Karren auch dann nicht bewegungslos bleiben kann. Nur unter einer Bedingung darf sich der Wagen unter der Wirkung dieser drei Kräfte nicht bewegen: wenn die Reibung an seinen Achsen und am Straßenbett größer ist als die aufgebrachte Kraft. Dies steht jedoch nicht im Einklang mit der Aussage, dass „die Belastung ihnen leicht erscheinen würde“.

Auf jeden Fall konnte Krylow nicht mit Sicherheit behaupten, dass „der Karren immer noch nicht in Bewegung ist“, dass „die Dinge noch da sind“. Dies ändert jedoch nichts an der Bedeutung der Fabel.

Im Gegensatz zu Krylow

Wir haben gerade gesehen, dass Krylows alltägliche Regel: „Wenn es keine Einigung unter den Genossen gibt, wird ihr Geschäft nicht gut laufen“ – auf die Mechanik nicht immer anwendbar ist. Kräfte können in mehr als eine Richtung gerichtet sein und trotzdem zu einem bestimmten Ergebnis führen.

Nur wenige Menschen wissen, dass fleißige Arbeiter – Ameisen, die derselbe Krylow als vorbildliche Arbeiter lobte – genau nach der vom Fabulisten verspotteten Methode zusammenarbeiten. Und im Großen und Ganzen läuft es für sie gut. Rettet wieder das Gesetz der Kräfteaddition. Wenn Sie die Ameisen bei ihrer Arbeit aufmerksam beobachten, werden Sie schnell erkennen, dass ihre vernünftige Zusammenarbeit nur scheinbar ist: Tatsächlich arbeitet jede Ameise für sich selbst und denkt überhaupt nicht daran, anderen zu helfen.

So beschreibt ein Zoologe die Arbeit der Ameisen:

"Wenn großer Hintern zieht aus heiterem Himmel ein Dutzend Ameisen, dann verhalten sich alle gleich und es entsteht der Anschein von Kooperation. Aber hier verfing sich die Beute – zum Beispiel eine Raupe – an einem Hindernis, an einem Grashalm, an einem Kieselstein. Man kann nicht weiter nach vorne ziehen, man muss herumgehen. Und hier wird deutlich, dass jede Ameise auf ihre Weise und ohne sich an einen ihrer Kameraden anzupassen versucht, das Hindernis zu bewältigen (Abb. 13 und 14). Einer zieht nach rechts, der andere nach links; Einer drückt nach vorne, der andere zieht zurück. Sie bewegen sich von Ort zu Ort, schnappen sich die Raupe an einer anderen Stelle und jeder schiebt oder zieht auf seine Weise. Wenn sich die Kräfte der Arbeiter so entwickeln, dass vier Ameisen die Raupe in die eine und sechs in die andere Richtung bewegen, dann bewegt sich die Raupe am Ende trotz des Widerstands von vier genau in die Richtung dieser sechs Ameisen.

Lassen Sie uns (von einem anderen Forscher entlehnt) ein weiteres lehrreiches Beispiel geben, das diese imaginäre Zusammenarbeit der Ameisen deutlich veranschaulicht. Auf Abb. 15 zeigt ein rechteckiges Stück Käse, das 25 Ameisen geschnappt haben. Der Käse bewegte sich langsam in die durch Pfeil A angezeigte Richtung, und man könnte meinen, dass die vordere Reihe der Ameisen die Last zu sich zieht, die hintere Reihe sie nach vorne schiebt, während die seitlichen Ameisen beiden helfen. Dies ist jedoch nicht der Fall, was leicht zu überprüfen ist: Trennen Sie die gesamte hintere Reihe mit einem Messer ab – die Last kriecht viel schneller! Es ist klar, dass diese 11 Ameisen sich nach hinten und nicht nach vorne zogen: Jede von ihnen versuchte, die Last so zu drehen, dass sie sie durch Rückwärtsbewegung zum Nest zog. Das bedeutet, dass die hinteren Ameisen den vorderen nicht nur nicht halfen, sondern sie auch eifrig störten und ihre Bemühungen zunichte machten. Um dieses Stück Käse zu schleppen, würden die Anstrengungen von nur vier Ameisen ausreichen, aber die Inkonsistenz der Handlungen führt dazu, dass 25 Ameisen die Last schleppen.

Abbildung 13. Wie Ameisen eine Raupe ziehen.

Abbildung 14. Wie Ameisen Beute ziehen. Die Pfeile zeigen die Richtung der Bemühungen einzelner Ameisen.

Abbildung 15. Wie Ameisen versuchen, ein Stück Käse zu einem Ameisenhaufen zu ziehen, der sich in Pfeilrichtung A befindet.

Dieses Merkmal der gemeinsamen Aktionen von Ameisen wurde von Mark Twain schon lange bemerkt. Über die Begegnung zweier Ameisen, von denen eine das Bein einer Heuschrecke fand, sagt er: „Sie fassen das Bein an beiden Enden und ziehen es mit aller Kraft hinein.“ gegenüberliegende Seiten. Beide sehen, dass etwas nicht stimmt, können aber nicht verstehen, was. Gegenseitiger Streit beginnt; der Streit wird zum Kampf ... Es kommt zur Versöhnung, die gemeinsame und bedeutungslose Arbeit beginnt von neuem, und ein im Kampf verwundeter Kamerad ist nur ein Hindernis. Mit aller Kraft schleppt ein gesunder Kamerad die Last und mit ihr den verwundeten Freund, der, anstatt die Beute aufzugeben, daran festhält. Scherzhaft macht Twain die vollkommen richtige Bemerkung, dass „eine Ameise nur dann gut funktioniert, wenn sie von einem unerfahrenen Naturforscher beobachtet wird, der die falschen Schlussfolgerungen zieht.“

Ist es leicht, eine Eierschale zu zerbrechen?

Unter philosophische Fragen, worüber der nachdenkliche Kifa Mokievich von Dead Souls seinen weisen Kopf verwirrte, gab es so ein Problem: „Nun, wenn ein Elefant in einem Ei geboren würde, weil die Schale, Tee, sehr dick wäre, würde man mit einer Kanone nicht durchbrechen; Sie müssen einige neue Schusswaffen erfinden.

Der gogolianische Philosoph wäre wahrscheinlich ziemlich erstaunt gewesen, wenn er erfahren hätte, dass selbst eine gewöhnliche Eierschale trotz ihrer Feinheit alles andere als zart ist. Ein Ei zwischen den Handflächen zu zerdrücken und dabei auf die Enden zu drücken, ist nicht so einfach; Unter solchen Bedingungen ist ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich, um die Schale zu zerbrechen.

Eine solch außergewöhnliche Festigkeit der Eierschale hängt ausschließlich von ihrer konvexen Form ab und lässt sich auf die gleiche Weise erklären wie die Festigkeit aller Arten von Gewölben und Bögen.

Auf der beigefügten Abb. 17 zeigt ein kleines Steingewölbe über dem Fenster. Die Last S (d. h. das Gewicht der darüber liegenden Teile des Mauerwerks), die auf den keilförmigen Mittelstein des Gewölbes drückt, drückt mit einer Kraft nach unten, die in der Abbildung durch Pfeil A angegeben ist. Aufgrund seiner keilförmigen Form kann sich der Stein jedoch nicht nach unten bewegen; es drückt nur auf benachbarte Steine. In diesem Fall zerlegt sich die Kraft A nach der Parallelogrammregel in zwei Kräfte, angedeutet durch die Pfeile C und B; Sie werden durch den Widerstand benachbarter Steine ​​ausgeglichen, die wiederum zwischen benachbarten Steinen eingeklemmt sind. Somit kann die von außen auf das Gewölbe einwirkende Kraft dieses nicht zerstören. Andererseits ist es relativ einfach, es durch eine von innen wirkende Kraft zu zerstören. Dies ist ein Fehler, da die keilförmige Form der Steine, die ihr Absinken verhindert, ihr Aufsteigen nicht im Geringsten verhindert.

Abbildung 16. Um das Ei in dieser Position zu zerbrechen, ist erhebliche Kraft erforderlich.

Abbildung 17. Der Grund für die Stärke des Gewölbes.

Die Eierschale ist das gleiche Gewölbe, nur fest. Unter Druck von außen zerfällt es nicht so leicht, wie man es von einem so spröden Material erwarten würde. Sie können einen ziemlich schweren Tisch mit Beinen auf vier rohe Eier stellen – und diese werden nicht zerdrückt (zur Stabilität ist es notwendig, die Eier an den Enden mit Gipsverlängerungen zu versehen; Gips bleibt leicht an Kalkschalen haften).

Jetzt verstehen Sie, warum die Glucke keine Angst haben muss, dass die Eierschale durch ihr Körpergewicht zerbricht. Und gleichzeitig durchbohrt ein schwaches Küken, das aus dem natürlichen Kerker herauskommen möchte, mit seinem Schnabel leicht die Schale von innen.

Mit einem seitlichen Aufprall eines Teelöffels lässt sich die Schale eines Eies leicht zerbrechen, wir ahnen nicht einmal, wie stark es ist, wenn unter natürlichen Bedingungen Druck auf es einwirkt, und mit welcher zuverlässigen Rüstung die Natur das sich darin entwickelnde Lebewesen schützt.

Die geheimnisvolle Stärke der scheinbar so zarten und zerbrechlichen Glühbirnen wird auf die gleiche Weise erklärt wie die Stärke einer Eierschale. Ihre Stärke wird noch deutlicher, wenn wir bedenken, dass viele von ihnen (hohl, nicht mit Gas gefüllt) fast vollständig leer sind und nichts von innen dem Druck der Außenluft entgegenwirkt. Und der Luftdruck auf eine Glühbirne ist beträchtlich: Bei einem Durchmesser von 10 cm wird die Glühbirne auf beiden Seiten von einer Kraft von mehr als 75 kg (Menschengewicht) zusammengedrückt. Die Erfahrung zeigt, dass eine hohle Glühbirne sogar einem 2,5-fach höheren Druck standhält.

Segeln gegen den Wind

Es ist schwer vorstellbar, wie Segelschiffe „gegen den Wind“ fahren können – oder, um es mit den Worten der Seeleute zu sagen, „geschleppt“ werden können. Ein Segler wird Ihnen zwar sagen, dass Sie nicht direkt gegen den Wind segeln können, sondern dass Sie sich nur unter ihm bewegen können spitzer Winkel zur Windrichtung. Aber dieser Winkel ist klein – etwa ein Viertel eines rechten Winkels – und es scheint vielleicht ebenso unverständlich: ob man direkt gegen den Wind oder in einem Winkel von 22° dazu segelt.

Tatsächlich ist dies jedoch nicht gleichgültig, und wir werden nun erklären, wie es möglich ist, sich durch die Kraft des Windes in einem leichten Winkel darauf zu bewegen. Überlegen Sie zunächst, wie der Wind im Allgemeinen auf das Segel wirkt, d. h. wohin er das Segel drückt, wenn er darauf bläst. Sie denken wahrscheinlich, dass der Wind das Segel immer in die Richtung drückt, in die es weht. Dies ist jedoch nicht der Fall: Wo immer der Wind weht, drückt er das Segel senkrecht zur Segelebene. Tatsächlich: Lassen Sie den Wind in die Richtung wehen, die durch die Pfeile in Abb. angegeben ist. 18; die Linie AB stellt das Segel dar. Da der Wind gleichmäßig über die gesamte Segelfläche drückt, ersetzen wir den Winddruck durch die auf die Segelmitte wirkende Kraft R. Wir zerlegen diese Kraft in zwei Teile: die Kraft Q senkrecht zum Segel und die Kraft P entlang des Segels (Abb. 18, rechts). Die letzte Kraft drückt das Segel nirgendwo hin, da die Reibung des Windes auf der Leinwand vernachlässigbar ist. Es verbleibt eine Kraft Q, die das Segel im rechten Winkel dazu drückt.

Wenn wir das wissen, können wir leicht verstehen, wie ein Segelschiff in einem spitzen Winkel gegen den Wind fahren kann. Die KK-Linie (Abb. 19) sei die Kiellinie des Schiffes. Der Wind weht in einem spitzen Winkel zu dieser Linie in die durch die Pfeilreihe angegebene Richtung. Die Linie AB stellt das Segel dar; Es wird so platziert, dass seine Ebene den Winkel zwischen der Kielrichtung und der Windrichtung halbiert. Folgen Sie in Abb. 19 zur Kräftezerlegung. Wir stellen den Druck des Windes auf das Segel durch die Kraft Q dar, die, wie wir wissen, senkrecht zum Segel sein sollte. Wir zerlegen diese Kraft in zwei Teile: die Kraft R senkrecht zum Kiel und die Kraft S, die entlang der Kiellinie des Schiffes nach vorne gerichtet ist. Da die Bewegung des Schiffes in Richtung R auf starken Wasserwiderstand stößt (Kiel hinein). Segelschiffe sehr tief wird), dann wird die Kraft R fast vollständig durch den Widerstand des Wassers ausgeglichen. Es bleibt nur eine Kraft S übrig, die, wie Sie sehen, nach vorne gerichtet ist und daher das Schiff schräg bewegt, als ob es gegen den Wind wäre. Normalerweise wird diese Bewegung im Zickzack ausgeführt, wie in Abb. 20. In der Sprache der Seeleute wird eine solche Bewegung des Schiffes im engeren Sinne „Wenden“ genannt.

Abbildung 18. Der Wind drückt das Segel immer im rechten Winkel zu seiner Ebene.

Abbildung 19. Wie kann man gegen den Wind segeln?

Abbildung 20. Wenden eines Segelschiffs.

Könnte Archimedes die Erde anheben?

„Gib mir Halt und ich werde die Erde anheben!“ - Ein solcher Ausruf wird der Legende nach Archimedes zugeschrieben, dem brillanten Mechaniker der Antike, der die Gesetze des Hebels entdeckte.

Abbildung 21. „Archimedes hebt die Erde mit einem Hebel an.“ Stich aus Varignons Buch (1787) über Mechanik.

„Einst schrieb Archimedes“, heißt es bei Plutarch, „an den syrakusanischen König Hieron, mit dem er ein Verwandter und Freund war, dass mit dieser Kraft jede Last bewegt werden könne.“ Fasziniert von der Macht der Beweise fügte er hinzu, wenn es eine andere Erde gäbe, hätte er, nachdem er zu ihr übergegangen wäre, unseren Platz verlegt.

Archimedes wusste, dass es keine solche Last gibt, die nicht mit der schwächsten Kraft angehoben werden könnte, wenn man einen Hebel benutzt: Man muss diese Kraft nur auf einen sehr langen Arm des Hebels ausüben und den kurzen Arm dazu zwingen, auf die Last einzuwirken. Daher glaubte er, dass es durch Drücken des extrem langen Arms des Hebels möglich sei, mit der Kraft der Hände eine Last anzuheben, deren Masse der Masse des Globus entspricht.

Aber wenn der große Mechaniker der Antike gewusst hätte, wie gewaltig die Masse der Erde ist, hätte er wahrscheinlich von seinem stolzen Ausruf Abstand genommen. Stellen Sie sich für einen Moment vor, dass Archimedes die „andere Erde“ gegeben wurde, den Stützpunkt, den er suchte; Stellen Sie sich weiter vor, dass er einen Hebel mit der erforderlichen Länge hergestellt hat. Wissen Sie, wie lange er brauchen würde, um eine Last mit der Masse des Globus um mindestens einen Zentimeter zu heben? Mindestens dreißigtausend Milliarden Jahre!

Tatsächlich. Die Masse der Erde ist den Astronomen bekannt; Ein Körper mit einer solchen Masse würde auf der Erde wiegen gerade Zahl 6.000.000.000.000.000.000.000 Tonnen.

Wenn eine Person nur 60 kg direkt heben kann, muss sie zum „Anheben der Erde“ ihre Hände auf den langen Hebelarm legen, der 100.000.000.000.000.000.000.000 Mal größer ist als der kurze!

Eine einfache Rechnung wird Sie davon überzeugen, dass das Ende des kurzen Arms zwar um 1 cm ansteigt, das andere Ende jedoch einen riesigen Bogen im Universum von 1.000.000.000.000.000.000 km beschreibt.

Ein so unvorstellbar langer Weg müsste durch die auf den Hebel gestützte Hand des Archimedes zurückgelegt werden, um „die Erde“ nur um einen Zentimeter anzuheben! Wie lange wird es dafür dauern? Wenn wir davon ausgehen, dass Archimedes in der Lage war, eine Last von 60 kg in einer Sekunde auf eine Höhe von 1 m zu heben (Arbeitskapazität von fast einer ganzen Pferdestärke!), Dann würde es selbst dann 1.000.000.000.000.000.000.000 Sekunden oder dreißigtausend Milliarden Jahre dauern, um „die Erde“ um 1 cm anzuheben! Sein ganzes langes Leben lang hätte Archimedes, der auf den Hebel drückte, die Erde nicht einmal um die Dicke des dünnsten Haares „angehoben“ ...

Keine Tricks eines genialen Erfinders hätten ihm geholfen, diesen Zeitraum spürbar zu verkürzen. Die „Goldene Regel der Mechanik“ besagt, dass bei jeder Maschine ein Kraftgewinn zwangsläufig mit einem entsprechenden Verlust an Weglänge, also an Zeit, einhergeht. Selbst wenn Archimedes die Geschwindigkeit seiner Hand auf die höchstmögliche Geschwindigkeit in der Natur bringen würde – bis zu 300.000 km pro Sekunde (Lichtgeschwindigkeit), dann würde er selbst mit solch einer fantastischen Annahme die Erde erst nach zehn Millionen Jahren Arbeit um 1 cm „anheben“.

Jules Vernes starker Mann und Eulers Formel

Erinnern Sie sich an Jules Vernes starken Sportler Matif? „Ein prächtiger Kopf, proportional zu gigantischem Wachstum; Brust, ähnlich wie Schmiedefell; Beine - wie gute Baumstämme, Hände - echte Hebezeuge, mit Fäusten wie Hämmer ... "Wahrscheinlich erinnern Sie sich an die Heldentaten dieses starken Mannes, die im Roman" Matthias Sapdorf "beschrieben werden, an den erstaunlichen Vorfall mit dem Trabokolo-Schiff, als unser Riese durch die Kraft mächtiger Hände den Sinkflug des gesamten Schiffes verzögerte.

So beschreibt der Schriftsteller dieses Kunststück:

„Das Schiff war bereits von den Stützen an den Seiten befreit und bereit zum Stapellauf. Es genügte, die Verankerungen zu entfernen, und das Schiff begann abzurutschen. Unter dem Schiffskiel waren bereits ein halbes Dutzend Zimmerleute beschäftigt. Das Publikum verfolgte den Vorgang mit lebhafter Neugier. In diesem Moment tauchte eine Vergnügungsyacht um den Küstenvorsprung herum auf. Um in den Hafen einzulaufen, musste die Yacht an der Werft vorbeifahren, wo der Stapellauf der „Trabokolo“ vorbereitet wurde, und sobald sie das Signal gab, war es zur Vermeidung von Unfällen notwendig, den Stapellauf zu verschieben, um den Betrieb nach der Einfahrt der Yacht in den Kanal wieder aufzunehmen. Wenn die Schiffe – eines stand quer, das andere sich mit großer Geschwindigkeit bewegend – kollidierten, wäre die Yacht umgekommen.

Die Arbeiter hörten auf zu hämmern. Alle Augen waren auf das anmutige Schiff gerichtet, dessen weiße Segel in den schrägen Sonnenstrahlen vergoldet zu sein schienen. Bald befand sich die Yacht direkt gegenüber der Werft, wo eine tausendköpfige Schar neugieriger Menschen erstarrte. Plötzlich ertönte ein Schreckensschrei: „Trabokolo“ schwankte und setzte sich genau in dem Moment in Bewegung, als die Yacht Steuerbord auf ihn zudrehte! Beide Schiffe waren zum Zusammenstoß bereit; Es gab weder Zeit noch Gelegenheit, diesen Zusammenstoß zu verhindern. „Trabokolo“ rutschte schnell den Hang hinunter ... Weißer Rauch, der durch Reibung entstand, wirbelte vor seinem Bug, während das Heck bereits im Wasser der Bucht untergetaucht war (das Schiff sank zuerst mit dem Heck. - Ya. P.).

Plötzlich erscheint ein Mann, ergreift die an der Vorderseite des Trabokolo hängenden Verankerungen und versucht ihn festzuhalten, indem er sich zu Boden beugt. In einer Minute wickelt er die Festmacherleinen auf ein in den Boden getriebenes Eisenrohr und hält das Seil auf die Gefahr hin, zerquetscht zu werden, mit übermenschlicher Kraft 10 Sekunden lang in seinen Händen. Schließlich reißt die Festmacherleine. Doch diese 10 Sekunden reichten: „Trabokolo“ stürzte ins Wasser, berührte die Yacht nur leicht und fegte vorwärts.

Die Yacht wurde gerettet. Was die Person betrifft, der niemand zu Hilfe kommen konnte – alles geschah so schnell und unerwartet –, es war Matifu.

Die Mechanik lehrt, dass beim Gleiten eines um einen Sockel gewickelten Seils die Reibungskraft einen großen Wert erreicht. Je mehr Windungen das Seil hat, desto größer ist die Reibung. Die Regel zur Erhöhung der Reibung lautet: Wenn die Anzahl der Umdrehungen in einer arithmetischen Folge zunimmt, nimmt die Reibung in einer geometrischen Folge zu. Deshalb sogar schwaches Kind, das das freie Ende des Seils hält, 3 - 4 Mal auf eine feste Welle gewickelt, kann eine enorme Kraft ausgleichen.

An den Anlegestellen der Flussdampfer wenden Jugendliche diese Technik an, um zu verhindern, dass sich Dampfer mit hundert Passagieren den Anlegestellen nähern. Es ist nicht die phänomenale Kraft ihrer Hände, die ihnen hilft, sondern die Reibung des Seils auf dem Pfahl.

Der berühmte Mathematiker des 18. Jahrhunderts, Euler, stellte die Abhängigkeit der Reibungskraft von der Anzahl der Umdrehungen des Seils um den Pfahl fest. Für diejenigen, die keine Angst haben komprimierte Sprache algebraischen Ausdrücken präsentieren wir diese lehrreiche Euler-Formel:

Dabei ist F die Kraft, gegen die sich unsere Anstrengung f richtet. Der Buchstabe e bezeichnet die Zahl 2,718 ... (Basis natürliche Logarithmen), k - Reibungskoeffizient zwischen Seil und Ständer. Der Buchstabe a bezeichnet den „Wickelwinkel“, also das Verhältnis der Länge des vom Seil zurückgelegten Bogens zum Radius dieses Bogens.

Wenden wir die Formel auf den von Jules Verne beschriebenen Fall an. Das Ergebnis wird erstaunlich sein. Die Kraft F ist in diesem Fall die Schubkraft des Schiffes, das am Dock entlanggleitet. Das Gewicht des Schiffes aus dem Roman ist bekannt: 50 Tonnen. Die Steigung der Slipanlage sei 0,1; Dann wirkte nicht das volle Gewicht des Schiffes auf das Seil, sondern 0,1 davon, also 5 Tonnen, also 5000 kg.

Wenn wir alle diese Werte in die obige Euler-Formel einsetzen, erhalten wir die Gleichung

Die Unbekannte f (d. h. die erforderliche Kraftmenge) kann aus dieser Gleichung mithilfe von Logarithmen ermittelt werden:

Lg 5000 = lg f + 2n lg 2,72, woraus f = 9,3 kg.

Um das Kunststück zu vollbringen, genügte es dem Riesen, mit einer Kraft von nur 10 Kilogramm am Seil zu ziehen!

Denken Sie nicht, dass diese Zahl – 10 kg – nur theoretisch ist und dass in der Realität viel mehr Aufwand erforderlich sein wird. Im Gegenteil, unser Ergebnis ist sogar übertrieben: Bei einem Hanfseil und einem Holzpfahl ist der Kraftaufwand bei einem größeren Reibungskoeffizienten k lächerlich vernachlässigbar. Wenn nur das Seil stark genug wäre und der Spannung standhalten könnte, könnte selbst ein schwaches Kind durch drei- bis viermaliges Aufwickeln des Seils die Leistung des Helden von Jules Verne nicht nur wiederholen, sondern ihn auch übertreffen.

Was bestimmt die Stärke von Knoten?

IN Alltagsleben Wir machen uns oft, ohne es zu ahnen, die Vorteile zunutze, die uns die Eulersche Formel zeigt. Was ist ein Knoten, wenn nicht eine um eine Rolle gewickelte Schnur, deren Rolle in diesem Fall ein anderer Teil derselben Schnur spielt? Die Stärke aller Arten von Knoten – gewöhnlich, „Pavillon“, „Marine“, Krawatten, Schleifen usw. – hängt ausschließlich von der Reibung ab, die hier durch die Tatsache, dass sich die Schnur um sich selbst wickelt, wie ein Seil um einen Bordstein, erheblich verstärkt wird. Dies lässt sich leicht überprüfen, indem man den Biegungen der Spitze im Knoten folgt. Je mehr Kurven mehrere Male die Schnur umschlingt sich selbst – je größer der „Wickelwinkel“ und desto stärker der Knoten.

Unbewusst macht sich der Schneider den gleichen Umstand beim Annähen eines Knopfes zunutze. Er wickelt den Faden viele Male um den vom Stich erfassten Stoffbereich und reißt ihn dann ab; Wenn nur der Faden stark ist, lässt sich der Knopf nicht lösen. Hier kommt die uns bereits bekannte Regel zur Anwendung: Mit zunehmender Anzahl der Fadenumdrehungen im arithmetischen Verlauf nimmt die Nähstärke im geometrischen Verlauf zu.

Gäbe es keine Reibung, könnten wir keine Knöpfe verwenden: Die Fäden würden sich unter ihrem Gewicht abwickeln und die Knöpfe würden abfallen.

Wenn es keine Reibung gäbe

Sie sehen, wie vielfältig und manchmal unerwartet die Spannungen in der Umwelt um uns herum sind. Reibung spielt eine Rolle, und zwar von großer Bedeutung, wenn wir uns ihrer nicht einmal bewusst sind. Wenn die Reibung plötzlich von der Welt verschwinden würde, würden viele gewöhnliche Phänomene ganz anders ablaufen.

Schreibt sehr anschaulich über die Rolle der Reibung Französischer Physiker Guillaume:

„Wir sind alle zufällig in eisigem Gelände unterwegs gewesen: Wie viel Mühe kostete es uns, nicht zu fallen, wie viele lächerliche Bewegungen mussten wir machen, um Widerstand zu leisten! Dies zwingt uns zu der Erkenntnis, dass der Boden, auf dem wir gehen, normalerweise eine wertvolle Eigenschaft besitzt, die uns ohne große Anstrengung im Gleichgewicht hält. Derselbe Gedanke kommt uns in den Sinn, wenn wir mit dem Fahrrad auf rutschigem Asphalt fahren oder wenn ein Pferd auf dem Asphalt ausrutscht und stürzt. Durch die Untersuchung solcher Phänomene kommen wir zur Entdeckung der Konsequenzen, zu denen Reibung führt. Ingenieure sind bestrebt, es in Autos so weit wie möglich zu eliminieren – und das gelingt ihnen gut. In der angewandten Mechanik wird von Reibung als äußerst unerwünschtes Phänomen gesprochen, und zwar zu Recht, jedoch nur in einem engen, speziellen Bereich. In allen anderen Fällen müssen wir der Reibung dankbar sein: Sie ermöglicht es uns, zu gehen, zu sitzen und zu arbeiten, ohne befürchten zu müssen, dass Bücher und Tinte auf den Boden fallen, dass der Tisch verrutscht, bis er an eine Ecke stößt, oder dass uns der Stift aus den Fingern rutscht.

Reibung ist ein so häufiges Phänomen, dass wir sie, von seltenen Ausnahmen abgesehen, nicht um Hilfe bitten müssen: Sie kommt von selbst.

Reibung trägt zur Stabilität bei. Die Tischler ebnen den Boden, sodass die Tische und Stühle dort bleiben, wo sie sind. Auf dem Tisch platziertes Geschirr, Teller, Gläser bleiben ohne große Sorge unsererseits bewegungslos, es sei denn, der Koffer befindet sich während der Fahrt auf dem Schiff.

Stellen Sie sich vor, dass Reibung vollständig eliminiert werden kann. Dann werden keine Körper, egal ob sie die Größe eines Steinblocks haben oder klein wie Sandkörner sind, jemals aufeinander ruhen: Alles wird gleiten und rollen, bis es auf der gleichen Ebene ist. Gäbe es keine Reibung, wäre die Erde eine Kugel ohne Unebenheiten, wie eine Flüssigkeit.

Hinzu kommt, dass ohne Reibung Nägel und Schrauben aus den Wänden rutschen würden, kein einziges Ding in den Händen gehalten werden könnte, kein Wirbelwind jemals aufhören würde, kein Ton aufhören würde, sondern ein endloses Echo erklingen würde, das sich beispielsweise unerbittlich von den Wänden des Raumes widerspiegelt.

Ein Anschauungsbeispiel, das uns von der großen Bedeutung der Reibung überzeugt, wird uns jedes Mal aufs Neue durch Schneeregen geboten. Von ihr auf der Straße erwischt, sind wir hilflos und ständig in der Gefahr zu stürzen. Hier ist ein aufschlussreicher Auszug aus der Zeitung (Dezember 1927):

„London 21. Aufgrund der starken Vereisung ist der Straßen- und Straßenbahnverkehr in London spürbar erschwert. Etwa 1.400 Menschen wurden mit gebrochenen Armen, Beinen usw. in Krankenhäuser eingeliefert.“

Abbildung 22. Von oben beladener Schlitten auf einer vereisten Straße; Zwei Pferde transportieren 70 Tonnen Fracht. Unten ist eine vereiste Straße; A - Gleis; B - Kufe; C – verdichteter Schnee; D – Erdfundament der Straße.

„Bei einem Zusammenstoß in der Nähe des Hyde Parks wurden drei Autos und zwei Straßenbahnwagen durch eine Benzinexplosion völlig zerstört …“

„Paris, 21. Glatteis in Paris und seinen Vororten hat zahlreiche Unfälle verursacht …“

Allerdings kann die vernachlässigbare Reibung auf Eis technisch erfolgreich ausgenutzt werden. Als Beispiel dienen bereits gewöhnliche Schlitten. Noch deutlicher wird dies durch die sogenannten Eisstraßen, die für den Abtransport des Holzes von der Einschlagstelle angelegt wurden Eisenbahn oder zu Fusionspunkten. Auf einer solchen Straße (Abb. 22), die über glatte Eisschienen verfügt, ziehen zwei Pferde einen mit 70 Tonnen Baumstämmen beladenen Schlitten.

Die physische Ursache der Tscheljuskin-Katastrophe

Aus dem bisher Gesagten sollte man nicht voreilig den Schluss ziehen, dass die Reibung gegen Eis unter allen Umständen vernachlässigbar sei. Selbst bei Temperaturen nahe dem Nullpunkt ist die Reibung gegen Eis oft sehr groß. Im Zusammenhang mit der Arbeit von Eisbrechern wurde die Reibung des Eises der Polarmeere an der Stahlpanzerung des Schiffes sorgfältig untersucht. Es stellte sich heraus, dass es unerwartet groß ist, nicht weniger als die Reibung von Eisen auf Eisen: Der Reibungskoeffizient einer neuen Schiffsstahlpanzerung auf Eis beträgt 0,2.

Um zu verstehen, welche Bedeutung diese Zahl für Schiffe beim Fahren im Eis hat, schauen wir uns Abb. an. 23; Es zeigt die Richtung der Kräfte, die an Bord des Schiffs wirken, wenn das Eis geschoben wird. Die Eisdruckkraft Р wird in zwei Kräfte zerlegt: R, senkrecht zum Brett, und F, tangential zum Brett gerichtet. Der Winkel zwischen P und R ist gleich dem Winkel a der Seitenneigung zur Vertikalen. Die Kraft Q der Eisreibung gegen die Seite ist gleich der Kraft R multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten, d. h. mit 0,2; wir haben: Q = 0,2R. Wenn die Reibungskraft Q kleiner als F ist, zieht diese Kraft das Druckeis unter Wasser; Eis rutscht an der Seite entlang und hat keine Zeit, dem Schiff Schaden zuzufügen. Wenn die Kraft Q größer als F ist, behindert die Reibung das Gleiten der Eisscholle und das Eis kann bei längerem Druck zerdrücken und zur Seite drücken.

Abbildung 23. „Tscheljuskin“, im Eis getragen. Unten: Kräfte, die aufgrund des Eisdrucks an Bord des MN des Schiffes wirken.

Wann kam das Q'F? Das ist leicht zu erkennen

daher muss eine Ungleichung vorliegen:

und da Q \u003d 0,2R ist, führt die Ungleichung Q "F zu einer anderen:

0,2R „R tg a, oder tg a“ 0,2.

Den Tabellen zufolge suchen wir einen Winkel, dessen Tangens 0,2 beträgt; es ist gleich 11°. Daher ist Q „F, wenn a“ 11°. Dadurch wird festgelegt, welche Neigung der Schiffsseiten zur Vertikalen eine sichere Navigation im Eis gewährleistet: Die Neigung muss mindestens 11° betragen.

Wenden wir uns nun dem Tod des Tscheljuskins zu. Dieses Schiff, kein Eisbrecher, passierte erfolgreich den gesamten Norden Seeweg, aber in der Beringstraße war es im Eis gefangen.

Das Eis trug den Tscheljuskin weit nach Norden und zerschmetterte ihn (im Februar 1934). Der zweimonatige heldenhafte Aufenthalt der Tscheljuskins auf der Eisscholle und ihre Rettung durch Heldenpiloten ist vielen in Erinnerung geblieben. Hier ist eine Beschreibung der Katastrophe selbst:

„Das starke Metall des Rumpfes hat nicht sofort durchgehalten“, berichtete der Leiter der Expedition, O. Yu. Schmidt, im Radio. - Es war zu sehen, wie die Eisscholle in die Seite gedrückt wurde und wie sich die darüber liegenden Schalungsbleche nach außen wölbten. Das Eis setzte seinen langsamen, aber unaufhaltsamen Vormarsch fort. Die aufgequollenen Eisenbleche der Rumpfbeplattung waren an der Naht gerissen. Nieten flogen mit einem Knall. Im Nu wurde die Backbordseite des Schiffes vom Bugraum bis zum hinteren Ende des Decks abgerissen ...“

Nach dem, was in diesem Artikel gesagt wurde, sollte dem Leser die physische Ursache der Katastrophe klar sein.

Daraus ergeben sich praktische Konsequenzen: Beim Bau von Schiffen, die für die Schifffahrt im Eis bestimmt sind, ist es notwendig, den Seiten eine entsprechende Neigung zu geben, nämlich nicht weniger als 11°.

selbstbalancierender Stock

Legen Sie einen glatten Stock auf die Zeigefinger der gespreizten Hände, wie in Abb. 24. Bewegen Sie nun Ihre Finger aufeinander zu, bis sie eng zusammenkommen. komische Sache! Es wird sich herausstellen, dass der Stock in dieser Endposition nicht umkippt, sondern sein Gleichgewicht behält. Man macht das Experiment viele Male und verändert dabei die Ausgangsposition der Finger, aber das Ergebnis ist immer das gleiche: Der Stock ist im Gleichgewicht. Wenn Sie den Stock durch ein Zeichenlineal, einen Stock mit Kopf, einen Billardqueue oder eine Bodenbürste ersetzen, werden Sie das gleiche Merkmal bemerken. Was ist der Hinweis auf das unerwartete Ende? Zunächst ist Folgendes klar: Da der Stock auf den befestigten Fingern balanciert ist, ist klar, dass die Finger unter dem Schwerpunkt des Stocks zusammengewachsen sind (der Körper bleibt im Gleichgewicht, wenn das vom Schwerpunkt ausgehende Lot innerhalb der Grenzen der Stütze verläuft).

Bei gespreizten Fingern fällt die größere Last auf den Finger, der näher am Schwerpunkt des Stockes liegt. Mit Druck nimmt auch die Reibung zu: Ein Finger, der näher am Schwerpunkt liegt, erfährt mehr Reibung als ein weiter entfernter Finger. Dadurch rutscht der schwerpunktnahe Finger nicht unter den Stock; bewegt immer nur den Finger, der weiter von diesem Punkt entfernt ist. Sobald der sich bewegende Finger näher am Schwerpunkt liegt als der andere, wechseln die Finger ihre Rollen; Dieser Austausch findet mehrmals statt, bis die Finger eng zusammenkommen. Und da sich jedes Mal nur einer der Finger bewegt, nämlich derjenige, der weiter vom Schwerpunkt entfernt ist, ist es natürlich, dass in der Endposition beide Finger unter dem Schwerpunkt des Stocks zusammenlaufen.

Abbildung 24. Erfahrung mit einem Lineal. Rechts ist das Ende des Experiments.

Abbildung 25. Das gleiche Experiment mit einer Bodenbürste. Warum ist die Waage aus dem Gleichgewicht geraten?

Bevor Sie dieses Experiment beenden, wiederholen Sie es mit einer Bodenbürste (Abb. 25 oben) und stellen Sie sich diese Frage. Wenn Sie den Pinsel an der Stelle abschneiden, an der er von Ihren Fingern getragen wird, und beide Teile auf unterschiedliche Maßstäbe legen (Abb. 25 unten), welcher Becher wird dann gezogen – mit einem Stock oder mit einem Pinsel?

Es scheint, dass beide Teile des Pinsels, da sie sich auf den Fingern gegenseitig ausbalancierten, auch auf der Waage ausbalanciert sein sollten. In Wirklichkeit wird eine Tasse mit einer Bürste ziehen. Der Grund ist nicht schwer zu erraten, wenn man bedenkt, dass beim Ausbalancieren des Pinsels auf den Fingern die Gewichte beider Teile auf die ungleichen Hebelarme ausgeübt wurden; Bei Waagen wirken die gleichen Kräfte auf die Enden eines gleicharmigen Hebels.

Für den „Pavillon der unterhaltsamen Wissenschaft“ im Leningrader Kulturpark habe ich einen Satz Stöcke mit unterschiedlichen Schwerpunktpositionen bestellt; Die Stöcke wurden genau an der Stelle, an der sich der Schwerpunkt befand, in zwei normalerweise ungleiche Teile getrennt. Als die Besucher diese Teile auf die Waage legten, stellten sie überrascht fest, dass der kurze Teil schwerer ist als der lange.

Kapitel drei

KREISVERKEHR.

Warum fällt der Kreisel nicht?

Von den Tausenden Menschen, die als Kind mit einem Kreisel gespielt haben, werden nicht viele diese Frage richtig beantworten können. Wie lässt sich eigentlich die Tatsache erklären, dass ein Kreisel, vertikal oder sogar schräg aufgestellt, entgegen allen Erwartungen nicht umkippt? Welche Kraft hält ihn in einer scheinbar instabilen Position? Wirkt die Schwerkraft nicht auf ihn?

Hier gibt es ein sehr merkwürdiges Kräftespiel. Die Theorie des Kreisels ist nicht einfach und wir werden uns nicht näher damit befassen. Lassen Sie uns nur den Hauptgrund nennen, weshalb der rotierende Kreisel nicht herunterfällt.

Auf Abb. 26 zeigt einen Kreisel, der sich in Richtung der Pfeile dreht. Achten Sie auf Teil A seiner Felge und Teil B gegenüber. Teil A neigt dazu, sich von Ihnen weg zu bewegen, Teil B auf Sie zu. Verfolgen Sie nun, welche Bewegung diese Teile erfahren, wenn Sie die Achse der Oberseite zu sich neigen. Mit diesem Stoß zwingen Sie Teil A, sich nach oben zu bewegen, Teil B, sich nach unten zu bewegen; Beide Teile erhalten einen Stoß im rechten Winkel zu ihrem Eigene Bewegung. Da aber bei der schnellen Drehung des Kreisels die Umfangsgeschwindigkeit der Teile der Scheibe sehr hoch ist, ergibt die von Ihnen angegebene unbedeutende Geschwindigkeit zusammen mit der hohen Kreisgeschwindigkeit des Punktes die Resultierende, die dieser Kreisgeschwindigkeit sehr nahe kommt, und die Bewegung des Kreisels bleibt nahezu unverändert. Daraus wird deutlich, warum sich die Spitze sozusagen einem Versuch widersetzt, sie zu stürzen. Je massiver der Kreisel ist und je schneller er sich dreht, desto stabiler ist er gegen Umkippen.

Abbildung 26. Warum fällt die Spitze nicht?

Abbildung 27. Ein Kreisel behält beim Werfen die ursprüngliche Richtung seiner Achse bei.

Der Kern dieser Erklärung steht in direktem Zusammenhang mit dem Trägheitsgesetz. Jedes Teilchen des Kreisels bewegt sich kreisförmig in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Gemäß dem Trägheitsgesetz tendiert das Teilchen in jedem Moment dazu, vom Kreis auf eine gerade Linie zu gelangen, die den Kreis tangiert. Aber jede Tangente liegt in derselben Ebene wie der Kreis selbst; Daher neigt jedes Teilchen dazu, sich so zu bewegen, dass es immer in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse bleibt. Daraus folgt, dass alle Ebenen im oberen Bereich, die senkrecht zur Rotationsachse stehen, dazu neigen, ihre Position im Raum beizubehalten, und dass daher auch die gemeinsame Senkrechte zu ihnen, d. h. die Rotationsachse selbst, dazu neigt, ihre Richtung beizubehalten.

Wir werden nicht alle Bewegungen des Kreisels berücksichtigen, die auftreten, wenn eine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Dies würde zu detaillierte Erklärungen erfordern, die vielleicht langweilig erscheinen. Ich wollte nur den Grund für den Wunsch eines rotierenden Körpers erklären, die Richtung der Rotationsachse unverändert zu lassen.

Diese Eigenschaft wird häufig genutzt Moderne Technologie. Auf Schiffen und Flugzeugen sind verschiedene gyroskopische (auf der Eigenschaft eines Kreisels basierende) Geräte – Kompasse, Stabilisatoren usw. – installiert.

Takovo wohltuender Nutzen scheinbar einfache Spielzeuge.

Die Kunst der Jongleure

Auch viele erstaunliche Tricks des vielfältigen Jongleurprogramms basieren auf der Eigenschaft rotierender Körper, die Richtung der Rotationsachse beizubehalten. Lassen Sie mich aus einem faszinierenden Buch des englischen Physikers Prof. zitieren. John Perrys Kreisel.

Abbildung 28. Wie eine Münze bei einer Drehung fliegt.

Abbildung 29. Eine Münze, die ohne Drehung geworfen wird, fällt in eine zufällige Position.

Abbildung 30. Ein geworfener Hut lässt sich leichter fangen, wenn er um die Achse gedreht wurde.

„Einige meiner Experimente habe ich einmal vor einem Publikum gezeigt, das Kaffee trank und Tabak rauchte, in den prächtigen Räumlichkeiten der Victoria Concert Hall in London. Ich versuchte, meine Zuhörer so weit wie möglich zu interessieren, und sprach über die Tatsache, dass ein flacher Ring gedreht werden muss, wenn er geworfen werden soll, damit er im Voraus angezeigt werden kann, wohin er fallen wird; Ebenso verhalten sie sich, wenn sie jemandem einen Hut zuwerfen wollen, damit er diesen Gegenstand mit einem Stock auffangen kann. Auf den Widerstand, den ein rotierender Körper bei einer Richtungsänderung seiner Achse ausübt, kann man sich immer verlassen. Ich erklärte meinen Zuhörern weiter, dass man sich nie mehr auf die Genauigkeit des Visiers verlassen könne, wenn die Mündung einer Kanone erst einmal glatt poliert worden sei; Daher werden jetzt gezogene Läufe hergestellt, d. h. sie werden eingeschnitten innen Kanonenmündungen sind spiralförmige Rillen, in die die Vorsprünge der Kanonenkugel oder des Projektils fallen, so dass diese eine Drehbewegung erhalten müssen, wenn sie sich durch die Kraft der Schießpulverexplosion entlang des Kanonenkanals bewegen. Dadurch verlässt das Projektil die Kanone mit einer genau definierten Rotationsbewegung.

Das war alles, was ich während dieser Vorlesung tun konnte, da ich weder Hüte noch Scheiben werfen kann. Doch nachdem ich meinen Vortrag beendet hatte, erschienen zwei Jongleure auf der Bühne – und ich könnte mir keine bessere Veranschaulichung der oben genannten Gesetze wünschen, als die einzelnen Tricks dieser beiden Künstler. Sie warfen sich drehende Hüte, Reifen, Teller, Regenschirme zu ... Einer der Jongleure warf in die Luft ganze Zeile Messer, fing sie immer wieder und warf sie mit großer Genauigkeit wieder hoch; Meine Zuhörer jubelten vor Freude, nachdem sie gerade die Erklärung dieser Phänomene gehört hatten. Sie bemerkte die Drehung, die der Jongleur jedem Messer verlieh und es von seinen Händen losließ, damit er sicher wissen konnte, in welcher Position das Messer wieder zu ihm zurückkehren würde. Ich war dann erstaunt, dass die an diesem Abend gezeigten Jongliertricks fast ausnahmslos eine Veranschaulichung des oben genannten Prinzips darstellten.

Eine neue Lösung für das Columbus-Problem

Kolumbus löste sein berühmtes Problem, wie man ein Ei legt, zu einfach: Er zerbrach seine Schale. Eine solche Entscheidung ist im Wesentlichen falsch: Nachdem Kolumbus die Eierschale zerbrochen hatte, veränderte er ihre Form und legte daher kein Ei, sondern einen anderen Körper hinein; denn der ganze Kern der Aufgabe liegt in der Form eines Eies: Indem wir die Form ändern, ersetzen wir das Ei durch einen anderen Körper. Kolumbus gab die Lösung nicht für den Körper an, für den sie gesucht wurde.

Abbildung 31. Lösung des Columbus-Problems: Das Ei dreht sich, während es am Ende steht.

Inzwischen ist es möglich, das Problem des großen Seefahrers zu lösen, ohne die Form des Eies auch nur im Geringsten zu verändern, wenn wir die Eigenschaft des Kreisels nutzen; Dazu genügt es, das Ei in eine Drehbewegung um seine Längsachse zu versetzen, und es bleibt, ohne umzukippen, einige Zeit auf einem stumpfen oder sogar scharfen Ende stehen. So geht's - zeigt Abbildung: Dem Ei wird mit den Fingern eine Drehbewegung gegeben. Wenn Sie Ihre Hände entfernen, werden Sie sehen, dass sich das Ei noch einige Zeit weiter aufrecht dreht: Das Problem ist gelöst.

Für das Experiment müssen Sie unbedingt gekochte Eier nehmen. Diese Einschränkung widerspricht nicht den Bedingungen des Kolumbus-Problems: Nachdem Kolumbus es vorgeschlagen hatte, nahm er sofort das Ei vom Tisch, und vermutlich wurden nicht rohe Eier am Tisch serviert. Sie werden es kaum schaffen, ein rohes Ei aufrecht zu drehen, da die innere Flüssigkeitsmasse in diesem Fall eine Bremse darstellt. Dies ist übrigens eine einfache Möglichkeit, rohe Eier von hartgekochten zu unterscheiden – ein Trick, den viele Hausfrauen kennen.

„Zerstörte“ Schwere

„Aus einem rotierenden Gefäß fließt kein Wasser – es fließt nicht heraus, selbst wenn das Gefäß auf den Kopf gestellt wird, weil die Rotation dies stört“, schrieb Aristoteles vor zweitausend Jahren. Auf Abb. 32 zeigt dieses spektakuläre Erlebnis, das sicherlich vielen bekannt ist: Indem man einen Eimer Wasser schnell genug dreht, wie in der Abbildung gezeigt, erreicht man, dass das Wasser nicht einmal an der Stelle herausfließt, an der der Eimer auf den Kopf gestellt wird.

Im Alltag ist es üblich, dieses Phänomen mit „Zentrifugalkraft“ zu erklären, wobei man darunter die imaginäre Kraft versteht, die angeblich auf den Körper ausgeübt wird und seinen Wunsch hervorruft, sich vom Rotationszentrum wegzubewegen. Diese Kraft existiert nicht: Das angegebene Streben ist nichts anderes als eine Manifestation der Trägheit, und jede Bewegung durch Trägheit wird ohne Beteiligung von Kraft ausgeführt. Unter Zentrifugalkraft versteht man in der Physik etwas anderes, nämlich die reale Kraft, mit der ein rotierender Körper an dem ihn haltenden Faden zieht bzw. auf seiner krummlinigen Bahn drückt. Diese Kraft wirkt nicht auf einen sich bewegenden Körper, sondern auf ein Hindernis, das ihn an einer geradlinigen Bewegung hindert: auf einen Faden, auf Schienen auf einem gekrümmten Streckenabschnitt usw.

Wenden wir uns der Drehung des Eimers zu und versuchen wir, den Grund für dieses Phänomen zu verstehen, ohne auf das zweideutige Konzept zurückzugreifen. Zentrifugalkraft". Stellen wir uns die Frage: Wohin fließt der Wasserstrahl, wenn ein Loch in die Wand des Eimers gemacht wird? Gäbe es keine Schwerkraft, würde der Wasserstrahl aufgrund der Trägheit entlang der Tangente AK zum Kreis AB verlaufen (Abb. 32). Die Schwerkraft hingegen führt dazu, dass der Strahl abnimmt und eine Kurve beschreibt (Parabel AR). Bei ausreichend hoher Umfangsgeschwindigkeit liegt diese Kurve außerhalb des Kreises AB. Der Strahl offenbart vor uns den Weg, auf dem sich das Wasser bei der Drehung des Eimers bewegen würde, wenn der darauf drückende Eimer nicht stören würde. Jetzt ist klar, dass das Wasser überhaupt nicht dazu neigt, sich vertikal nach unten zu bewegen und daher nicht aus dem Eimer fließt. Es konnte nur herausfließen, wenn der Eimer mit einem Loch in Drehrichtung gedreht wurde.

Abbildung 32. Warum fließt kein Wasser aus einem rotierenden Eimer?

Berechnen Sie nun die Geschwindigkeit, mit der der Eimer in diesem Experiment gedreht werden muss, damit das Wasser nicht herunterläuft. Diese Geschwindigkeit muss so sein, dass die Zentripetalbeschleunigung des rotierenden Eimers nicht geringer ist als die Erdbeschleunigung: Dann liegt die Bahn, auf der sich das Wasser tendenziell bewegt, außerhalb des vom Eimer beschriebenen Kreises und das Wasser bleibt nirgendwo hinter dem Eimer zurück. Die Formel zur Berechnung der Zentripetalbeschleunigung W lautet wie folgt;

Dabei ist v die Umfangsgeschwindigkeit, R der Radius der Kreisbahn. Da die Erdbeschleunigung g = 9,8 m/sec2 beträgt, ergibt sich die Ungleichung v2/R" = 9,8. Wenn wir R gleich 70 cm setzen, dann

Die Fähigkeit einer Flüssigkeit, gegen die Wände eines Gefäßes gedrückt zu werden, in dem sie um eine horizontale Achse rotiert, wird in der Technik beim sogenannten Schleuderguss genutzt. In diesem Fall ist es wichtig, dass die inhomogene Flüssigkeit entsprechend ihrem spezifischen Gewicht geschichtet wird: Die schwereren Komponenten befinden sich weiter von der Rotationsachse entfernt, die leichten nehmen einen Platz näher an der Rotationsachse ein. Dadurch werden alle in der Metallschmelze enthaltenen Gase, die im Gussstück die sogenannten „Schalen“ bilden, aus dem Metall in den inneren, hohlen Teil des Gussstücks abgegeben. Auf diese Weise hergestellte Produkte sind dicht und frei von Schalen. Schleuderguss ist kostengünstiger als herkömmliches Spritzgießen und erfordert keine aufwändige Ausrüstung.

Du bist Galileo

Für Liebhaber starker Empfindungen wird manchmal eine ganz besondere Unterhaltung arrangiert – der sogenannte „Damn Swing“. In Leningrad gab es einen solchen Umschwung. Ich musste mich nicht selbst darauf schwingen, und deshalb werde ich hier seine Beschreibung aus Fedos Sammlung wissenschaftlichen Spaßes geben:

„Die Schaukel hängt an einer starken horizontalen Stange, die quer durch den Raum geworfen wird bekannte Höheüber dem Boden. Wenn alle Platz haben, verschließt der speziell dafür beauftragte Wärter die Vordertür, entfernt das Brett, das als Eingang diente, und beginnt, mit der Erklärung, dass er dem Publikum nun die Möglichkeit zu einer kleinen Flugreise geben werde, sanft die Schaukel zu schwingen. Danach lehnt er sich zurück und schwingt wie ein Kutscher auf dem Rücken oder verlässt die Halle ganz.

Mittlerweile werden die Schaukelschaukeln immer größer; Sie steigt scheinbar bis zur Höhe der Querlatte, geht dann immer höher darüber hinaus und beschreibt schließlich einen vollen Kreis. Die Bewegung beschleunigt sich immer deutlicher und die Swinger verspüren, obwohl zumeist bereits vorgewarnt, ein unbestrittenes Gefühl des Schwingens und der schnellen Bewegung; es kommt ihnen so vor, als würden sie kopfüber durch den Weltraum rasen, so dass sie sich unwillkürlich an den Rückenlehnen der Sitze festklammern, um nicht zu fallen.

Aber hier beginnt der Umfang abzunehmen; Die Schaukel erreicht nicht mehr die Höhe der Querlatte und stoppt nach einigen Sekunden vollständig.

Abbildung 33. Schema des Geräts „Teufelsschaukel“.

Auf der eigentlichen Schar hing die Schaukel die ganze Zeit über bewegungslos, während das Experiment weiterging, und der Raum selbst drehte sich mit Hilfe eines sehr einfachen Mechanismus um die horizontale Achse am Publikum vorbei. andere Art Möbel werden am Boden oder an den Wänden der Halle befestigt; Die Lampe ist so an den Tisch gelötet, dass sie scheinbar leicht umgeworfen werden kann. Sie besteht aus einer Glühlampe, die unter einer großen Kappe versteckt ist. Der Wärter, der offenbar die Schaukel schwang, indem er ihr leichte Stöße gab, passte sie im Wesentlichen an die leichten Vibrationen der Halle an und tat nur so, als würde er schwingen. Die gesamte Situation trägt zum vollständigen Erfolg der Täuschung bei.

Das Geheimnis der Illusion ist, wie Sie sehen, lächerlich einfach. Und doch, wenn Sie sich jetzt, da Sie bereits wussten, worum es ging, auf der „Teufelsschaukel“ befanden, würden Sie unweigerlich der Täuschung erliegen. Das ist die Macht der Illusion!

Erinnern Sie sich an Puschkins Gedicht „Bewegung“?

Es gibt keine Bewegung, - sagte der bärtige Weise.

Wenn einer rotierenden Plattform eine solche Krümmung gegeben wird, dass ihre Oberfläche bei einer bestimmten Geschwindigkeit an jedem Punkt senkrecht zum resultierenden steht, dann fühlt sich eine auf dem Boden platzierte Person an allen Punkten wie auf horizontale Ebene. Mathematische Berechnungen ergaben, dass eine solche gekrümmte Oberfläche die Oberfläche eines speziellen geometrischen Körpers ist – eines Paraboloids. Man erhält es, indem man ein zur Hälfte mit Wasser gefülltes Glas schnell um eine vertikale Achse dreht: Dann steigt das Wasser an den Rändern auf, sinkt in der Mitte ab und seine Oberfläche nimmt die Form eines Paraboloids an.

Wenn man anstelle von Wasser geschmolzenes Wachs in ein Glas gießt und die Rotation so lange fortsetzt, bis das Wachs abkühlt, erhält man durch seine gehärtete Oberfläche die exakte Form eines Paraboloids. Bei einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit ist eine solche Oberfläche für schwere Körper sozusagen horizontal: Eine an einer beliebigen Stelle darauf platzierte Kugel rollt nicht nach unten, sondern bleibt auf dieser Ebene (Abb. 36).

Jetzt wird es leicht sein, die Struktur der „verzauberten“ Kugel zu verstehen.

Sein Boden (Abb. 37) ist eine große rotierende Plattform, die die Krümmung eines Paraboloids erhält. Obwohl die Drehung aufgrund des unter der Plattform verborgenen Mechanismus äußerst gleichmäßig ist, würden sich die Menschen auf der Plattform dennoch schwindelig fühlen, wenn sich die umgebenden Objekte nicht mitbewegen würden; Um zu verhindern, dass der Beobachter Bewegungen wahrnimmt, befindet sich die Plattform in einer großen Kugel mit undurchsichtigen Wänden, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Plattform selbst dreht.

Abbildung 36. Wenn dieses Glas mit ausreichender Geschwindigkeit gedreht wird, rollt die Kugel nicht auf den Boden.

Abbildung 37. „Verzauberter“ Ball (Abschnitt).

Dies ist die Vorrichtung dieses Karussells, das den Namen „verzauberte“ oder „magische“ Kugel trägt. Was erleben Sie, wenn Sie sich auf der Plattform im Inneren der Kugel befinden? Wenn es sich dreht, ist der Boden unter Ihren Füßen horizontal, unabhängig davon, ob Sie sich an der Achse befinden, an der der Boden wirklich horizontal ist, oder an der Kante, an der er um 45° geneigt ist. Die Augen sehen deutlich die Wölbung, während das Muskelgefühl darauf hinweist, dass sich unter Ihnen eine ebene Stelle befindet.

Die Hinweise beider Sinne widersprechen sich aufs schärfste. Wenn Sie sich von einem Ende der Plattform zum anderen bewegen, wird es Ihnen so vorkommen, als ob der ganze riesige Ball mit der Leichtigkeit einer Seifenblase unter dem Gewicht Ihres Körpers auf die andere Seite gerollt wäre: Schließlich haben Sie an jedem Punkt das Gefühl, dass Sie sich auf einer horizontalen Ebene befinden. Und die Position anderer Personen, die schräg auf der Plattform stehen, muss Ihnen äußerst ungewöhnlich vorkommen: Es wird Ihnen buchstäblich so vorkommen, als würden Menschen wie Fliegen über die Wände laufen (Abb. 39).

Auf den Boden einer verzauberten Kugel gegossenes Wasser verteilte sich in einer gleichmäßigen Schicht entlang der gekrümmten Oberfläche. Für die Menschen scheint es, als stünde das Wasser hier wie eine schiefe Wand vor ihnen.

Die üblichen Vorstellungen über die Gesetze der Schwerkraft scheinen in diesem erstaunlichen Ball aufgehoben zu sein und wir werden in die fabelhafte Welt der Wunder versetzt ...

Ähnliche Empfindungen verspürt der Pilot bei Kurvenfahrten. Wenn er also mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h eine Kurve mit einem Radius von 500 m entlangfliegt, dann sollte ihm die Erde um 16° angehoben und geneigt vorkommen.

Abbildung 38. Die wahre Position der Menschen innerhalb der „verzauberten“ Kugel.

Abbildung 39. Die Position, die jedem der beiden Besucher präsentiert wird.

Abbildung 40. Rotierendes Labor – tatsächliche Position.

Abbildung 41. Scheinbare Position desselben rotierenden Labors.

In Deutschland, in der Stadt Göttingen, wurde es gebaut wissenschaftliche Forschung ein ähnliches rotierendes Labor. Dabei handelt es sich (Abb. 40) um einen zylindrischen Raum von 3 m Durchmesser, der sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 50 Umdrehungen pro Sekunde dreht. Da der Boden des Raumes flach ist, scheint es dem Betrachter, der in der Nähe der Wand steht, während der Drehung, als ob sich der Raum zurücklehnte und er selbst auf einer schrägen Wand lag (Abb. 41).

Flüssigkeitsteleskop

Die beste Form für den Spiegel eines Spiegelteleskops ist parabolisch, also genau die Form, die die Oberfläche einer Flüssigkeit in einem rotierenden Gefäß von selbst annimmt. Teleskopkonstrukteure nehmen große Anstrengungen auf sich, um den Spiegel in eine solche Form zu bringen. Die Herstellung eines Spiegels für ein Teleskop dauert Jahre. Amerikanischer Physiker Wood umging diese Schwierigkeiten, indem er einen Flüssigkeitsspiegel anordnete: Durch Drehen von Quecksilber in einem breiten Gefäß erhielt er eine ideale parabolische Oberfläche, die die Rolle eines Spiegels übernehmen konnte, da Quecksilber Lichtstrahlen gut reflektiert. Woods Teleskop wurde in einem flachen Brunnen installiert.

Der Nachteil des Teleskops besteht jedoch darin, dass bereits die kleinste Erschütterung die Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels zerknittert und das Bild verzerrt, sowie in der Tatsache, dass ein horizontaler Spiegel es ermöglicht, nur die im Zenit befindlichen Leuchten direkt zu betrachten.

„Verdammte Schleife“

Sie kennen vielleicht den schwindelerregenden Fahrradtrick, der manchmal in Zirkussen vorgeführt wird: Ein Radfahrer fährt in einer Schleife von unten nach oben und beschreibt einen vollständigen Kreis, obwohl er im oberen Teil des Kreises kopfüber fahren muss. In der Arena ist eine Holzbahn in Form einer Schleife mit einer oder mehreren Locken angeordnet, wie in unserer Abbildung 42 dargestellt. Der Künstler steigt mit dem Fahrrad entlang des geneigten Teils der Schleife hinab, hebt dann schnell auf seinem Stahlpferd entlang des kreisförmigen Teils ab, macht eine vollständige Drehung, buchstäblich auf den Kopf gestellt, und rutscht sicher auf den Boden.

Abbildung 42. „Verdammte Schleife.“ Unten links - Schema zur Berechnung.

Dieser rätselhafte Fahrradtrick scheint für das Publikum der Höhepunkt akrobatischer Kunst zu sein. Das verwirrte Publikum fragt sich fassungslos: Welche geheimnisvolle Kraft hält den Draufgänger auf dem Kopf? Ungläubige sind bereit, hier eine geschickte Täuschung zu vermuten, doch mittlerweile ist nichts Übernatürliches an dem Trick. Es wird vollständig durch die Gesetze der Mechanik erklärt. Eine auf diesem Weg geworfene Billardkugel würde das Gleiche bewirken, allerdings mit nicht weniger Erfolg. In den Physikräumen der Schule gibt es kleine „verdammte Schleifen“.

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Wenn Sie denken, dass Physik ein langweiliges und unnötiges Fach ist, dann irren Sie sich zutiefst. Unser unterhaltsame Physik Er wird Ihnen sagen, warum ein Vogel, der auf einem Stromkabel sitzt, nicht durch einen Stromschlag stirbt und eine Person, die in Treibsand gefallen ist, nicht darin ertrinken kann. Sie erfahren, ob es in der Natur wirklich keine zwei identischen Schneeflocken gibt und ob Einstein in der Schule ein Verlierer war.

10 lustige Fakten aus der Welt der Physik

Jetzt werden wir die Fragen beantworten, die viele Menschen beschäftigen.

Warum fährt ein Lokführer zurück, bevor er losfährt?

Der Grund dafür ist die Haftreibung, unter deren Einfluss die Waggons stillstehen. Wenn die Lokomotive einfach vorwärts fährt, kann es sein, dass sie den Zug nicht bewegt. Deshalb drückt er sie leicht zurück, reduziert die Haftreibung auf Null und beschleunigt sie dann, allerdings in die andere Richtung.

Gibt es identische Schneeflocken?

Die meisten Quellen behaupten, dass es in der Natur keine identischen Schneeflocken gibt, da mehrere Faktoren gleichzeitig ihre Entstehung beeinflussen: Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur sowie die Flugbahn des Schnees. Die unterhaltsame Physik besagt jedoch: Sie können zwei Schneeflocken derselben Konfiguration erstellen.

Dies wurde vom Forscher Karl Liebbrecht experimentell bestätigt. Nachdem er im Labor absolut identische Bedingungen geschaffen hatte, erhielt er zwei äußerlich identische Schneekristall. Es ist allerdings zu beachten, dass ihr Kristallgitter immer noch unterschiedlich war.

Wo ist das größte Wasserreservoir im Sonnensystem?

Niemals erraten! Der größte Wasserspeicher unseres Systems ist die Sonne. Das Wasser liegt in Form von Dampf vor. Seine höchste Konzentration wird an Orten festgestellt, die wir „Flecken auf der Sonne“ nennen. Wissenschaftler haben sogar berechnet, dass die Temperatur in diesen Regionen eineinhalbtausend Grad niedriger ist als im Rest unseres heißen Sterns.

Welche Erfindung von Pythagoras wurde zur Bekämpfung des Alkoholismus geschaffen?

Der Legende nach stellte Pythagoras, um den Weinkonsum einzuschränken, einen Becher her, der nur bis zu einer bestimmten Marke mit einem berauschenden Getränk gefüllt werden konnte. Es lohnte sich sogar, die Norm um einen Tropfen zu überschreiten, und der gesamte Inhalt des Bechers floss heraus. Diese Erfindung basiert auf dem Gesetz kommunizierender Gefäße. Der gebogene Kanal in der Mitte des Bechers verhindert ein randvolles Befüllen und „entlastet“ den Behälter von sämtlichem Inhalt, wenn der Flüssigkeitsspiegel über dem Kanalbogen liegt.

Ist es möglich, Wasser von einem Leiter in einen Isolator umzuwandeln?

Unterhaltsame Physik sagt: Du kannst. Stromleiter sind nicht die Wassermoleküle selbst, sondern die darin enthaltenen Salze bzw. deren Ionen. Wenn sie entfernt werden, verliert die Flüssigkeit ihre Fähigkeit, Elektrizität zu leiten und wird zu einem Isolator. Mit anderen Worten, destilliertes Wasser ist ein Dielektrikum.

Wie überlebt man in einem fallenden Aufzug?

Viele Leute denken: Sie müssen in dem Moment springen, in dem die Kabine den Boden berührt. Diese Meinung ist jedoch falsch, da es unmöglich ist, vorherzusagen, wann eine Landung stattfinden wird. Daher gibt die unterhaltsame Physik einen weiteren Rat: Legen Sie sich mit dem Rücken auf den Boden des Aufzugs und versuchen Sie, den Kontaktbereich damit zu maximieren. In diesem Fall wird die Aufprallkraft nicht auf einen Körperteil gerichtet, sondern gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt – das erhöht Ihre Überlebenschancen deutlich.

Warum stirbt ein Vogel, der auf einem Hochspannungskabel sitzt, nicht durch einen Stromschlag?

Der Körper von Vögeln leitet Elektrizität nicht gut. Durch Berühren des Drahtes mit seinen Pfoten stellt der Vogel eine Parallelschaltung her, aber da dieser nicht der beste Leiter ist, bewegen sich die geladenen Teilchen nicht durch ihn hindurch, sondern entlang der Kabeladern. Doch sobald der Vogel mit einem geerdeten Gegenstand in Kontakt kommt, stirbt er.

Die Berge liegen näher an der Wärmequelle als die Ebenen, aber auf ihren Gipfeln ist es viel kälter. Warum?

Dieses Phänomen hat eine sehr einfache Erklärung. Die transparente Atmosphäre lässt die Sonnenstrahlen ungehindert durch, ohne deren Energie zu absorbieren. Aber der Boden nimmt Wärme perfekt auf. Dadurch erwärmt sich dann die Luft. Darüber hinaus gilt: Je höher seine Dichte, desto besser hält es den Boden Wärmeenergie. Aber hoch in den Bergen wird die Atmosphäre dünner und daher „verweilt“ weniger Wärme darin.

Kann Treibsand saugen?

In Filmen gibt es oft Szenen, in denen Menschen im Treibsand „ertrinken“. Im wirklichen Leben ist dies laut unterhaltsamer Physik unmöglich. Sie werden es nicht alleine schaffen, aus dem sandigen Sumpf herauszukommen, denn um nur ein Bein herauszuziehen, müssen Sie sich so viel Mühe geben, wie nötig ist, um aufzustehen Personenkraftwagen Durchschnittsgewicht. Aber man kann auch nicht ertrinken, weil man es mit einer nicht-newtonschen Flüssigkeit zu tun hat.

Retter raten in solchen Fällen, keine plötzlichen Bewegungen auszuführen, sich mit dem Rücken nach unten hinzulegen, die Arme seitlich auszubreiten und auf Hilfe zu warten.

Gibt es in der Natur nichts, sehen Sie sich das Video an:

Erstaunliche Fälle aus dem Leben berühmter Physiker

Hervorragende Wissenschaftler sind größtenteils Fanatiker ihres Fachs und zu allem fähig, um der Wissenschaft willen. So hatte beispielsweise Isaac Newton, der versuchte, den Mechanismus der Lichtwahrnehmung durch das menschliche Auge zu erklären, keine Angst davor, an sich selbst zu experimentieren. Er führte eine dünne, aus Elfenbein geschnitzte Sonde in das Auge ein und drückte gleichzeitig auf die Rückseite des Augapfels. Dadurch sah der Wissenschaftler Regenbogenkreise vor sich und bewies auf diese Weise: Die Welt, die wir sehen, ist nichts anderes als das Ergebnis eines leichten Drucks auf die Netzhaut.

Der russische Physiker Wassili Petrow, der zu Beginn des 19. Jahrhunderts lebte und Elektrizität studierte, schnitt die oberste Hautschicht seiner Finger ab, um deren Empfindlichkeit zu erhöhen. Damals gab es noch keine Amperemeter und Voltmeter, die die Stärke und Leistung des Stroms messen konnten, und der Wissenschaftler musste dies durch Berührung tun.

Der Reporter fragte A. Einstein, ob er seine großen Gedanken aufschreibe und wenn ja, wo dann – in einem Notizbuch? Notizbuch oder spezielle Datei. Einstein blickte auf den sperrigen Notizblock des Reporters und sagte: „Meine Liebe! Echte Gedanken kommen einem so selten in den Sinn, dass es nicht schwer ist, sich an sie zu erinnern.

Doch der Franzose Jean-Antoine Nollet experimentierte lieber mit anderen: Er führte Mitte des 18. Jahrhunderts ein Experiment zur Berechnung der Übertragungsgeschwindigkeit durch elektrischer Strom Er verband 200 Mönche mit Metalldrähten und leitete Spannung durch sie. Alle Teilnehmer des Experiments zuckten fast gleichzeitig, und Nolle kam zu dem Schluss: Der Strom fließt durch die Drähte, na ja, sehr schnell.

Die Geschichte, die toller Einstein war in seiner Kindheit ein Verlierer, das weiß fast jeder Schüler. Tatsächlich lernte Albert jedoch sehr gut und seine Mathematikkenntnisse waren viel tiefer als im Lehrplan der Schule vorgesehen.

Als das junge Talent versuchte, die Höhere Polytechnische Schule zu betreten, erzielte er die höchste Punktzahl Profilthemen- Mathematik und Physik, aber in anderen Disziplinen hatte er einen leichten Mangel. Auf dieser Grundlage wurde ihm die Aufnahme verweigert. An nächstes Jahr Albert zeigte brillante Ergebnisse in allen Fächern und wurde im Alter von 17 Jahren Student.

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Nadezhda Lifanova
Projekt „Unterhaltsame Physik“

Projekt für ältere Kinder im Vorschulalter

« Unterhaltsame Physik»

Ziel Projekt: Kinder an die Wissenschaft heranführen - Physik, körperlich Phänomene auf der Grundlage experimenteller Aktivität.

Verwendete Materialien: Auszüge aus den Büchern von Akim Milovanov « Physik für Kinder» , Elena Kachur „Kinderenzyklopädie mit Chevostik "Faszinierend Physik» , Eine Kuznetsova „Gespräche am Morgen bzw Physik für Kinder» , L. L. Sikoruk « Physik für Kinder» .

Zusammenarbeit mit den Eltern: Eltern einbeziehen Aktive Teilnahme V Projekt.

Liste der geplanten Experimente, die Eltern zu Hause durchführen können Kinder:

Erfahrung mit der Bestimmung des Wasserstandes.

Experimentieren Sie mit dem Einfrieren von Zucker „Bunte Lutscher“.

Die Kraft der Reibung im Alltag.

Alben zum Zeichnen mit Wasser.

Erstellen Sie einen Kalender über Wachstum und Gewicht des Kindes von der Geburt bis zum Schulabschluss Projekt.

Beziehen Sie Kinder in das Wiegen von Lebensmitteln ein.

Sind die Möbel im Haus gerade?

Überwindung des Gewichts im Wasser „Fällt uns das Schwimmen leicht?“

Bootsfahrt.

Fische im Aquarium beobachten.

Einen Drachen bauen und fliegen lassen.

Ausflug ins Planetarium.

Vermitteln Sie sicheres Verhalten im Alltag beim Umgang mit Elektrogeräten und in der Sonne.

Arbeitsplan für Oktober im Rahmen von Projekt« Unterhaltsame Physik»

Wochen Themenaufgaben

1 Einführungslektion : "Was Physik?» Machen Sie Kinder mit Konzepten bekannt "die Wissenschaft", « Physik» , „Wissenschaftler“, berühmte Wissenschaftler Physiker. Wecken Sie Interesse an dieser Wissenschaft, den Wunsch, ihre Gesetze zu kennen.

2 „Körper und Materie“. Um Kindern praktisches Wissen zu vermitteln, das alle Fächer umfasst Die Physik wird Körper genannt und die Eigenschaften von Objekten (woraus Dinge bestehen)- Substanz.

3 „Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe“.

Kinder mit den Eigenschaften von festen, flüssigen und gasförmige Körper.

4 „Warum weht der Wind?“ Kindern praktisches Wissen darüber vermitteln, wie Wind entsteht.

Arbeitsplan für November

Wochen Themenaufgaben

1 „Eigenschaften fester, flüssiger und gasförmiger Körper“ Kinder mit den Eigenschaften fester, flüssiger und gasförmiger Formen vertraut machen.

2 „Dampf ist auch Wasser! Oder warum regnet es? Kindern praktisches Wissen darüber vermitteln, was Verdunstung ist. Beschreiben Sie den Wasserkreislauf in der Natur.

3 „Warum schneit es?“ Vermitteln Sie den Kindern praktisches Wissen über den Prozess Einfrieren. Führen Sie das Wassermolekül ein.

4 „Ist Eis gefroren oder warum brauchen wir Reibungskraft?“ Machen Sie Kinder mit der Kraft der Reibung vertraut.

Arbeitsplan für Dezember

Themenaufgaben

1

2 „Kapillarkräfte und farbige Wunder“ Kinder mit den Kapillarkräften des Wassers vertraut machen. Vermittlung praktischer Kenntnisse über die Kapillarkräfte des Wassers.

Arbeitsplan für Januar

Themenaufgaben

3 „Geheimnisse der Schwerkraft. Gewicht oder das Gesetz der universellen Gravitation“ "Gewicht" und Gewichtswert in Physik - Schwerkraft. Vermittlung praktischer Kenntnisse über Gewicht und seinen Nutzen im Alltag.

4 „Geheimnisse der Schwerkraft. Schwerpunkt". Kindern praktisches Wissen über den Schwerpunkt vermitteln.

Arbeitsplan für Februar

Themenaufgaben

1 „Geheimnisse der Schwerkraft. Nachhaltigkeit". Kindern praktisches Wissen darüber vermitteln, was Nachhaltigkeit ist.

2 „Gewicht im Wasser überwinden. Hydraulik“. Machen Sie Kinder mit dem Konzept vertraut „Hydraulik“. Geben praktische Ideenüber die Überwindung des Gewichts im Wasser.

3 „Gewicht in der Luft brechen“. Um Kindern praktische Ideen zur Überwindung des Gewichts in der Luft zu vermitteln.

4 „Gewicht im Weltraum brechen“. Um Kindern praktische Ideen zur Überwindung des Gewichts im Weltraum zu vermitteln.

Arbeitsplan für März

Themenaufgaben

1 „Die Klanggeschichte des Windes“ Machen Sie Kinder mit dem Konzept vertraut "Klang".

2 „Klang oder warum hat Bunny lange Ohren?“ Kindern praktisches Wissen über die Bedeutung von Geräuschen vermitteln.

3 „Wenn es vorbeikommt, wird es reagieren!“ Bringen Sie Kindern bei, was ist "Echo". Erfahren Sie mehr über die Eigenschaften von Klang.

4 „Radiogeschichte über elektrischen Strom“. Machen Sie Kinder mit Konzepten bekannt "Elektrizität", "aktuell". Stellen Sie die Eigenschaften des Stroms vor.

Arbeitsplan für April

Themenaufgaben

1 „Strom im Haus“ Kindern praktisches Wissen über Elektrizität im Alltag vermitteln, Sicherheitsregeln beim Umgang mit Elektrogeräten vermitteln.

2 „Was ist Magnetismus?“ Vermittlung praktischer Kenntnisse über den Magnetismus von Objekten.

3 „Was ist Optik? Oder Geheimnisse des Lichts“. Machen Sie Kinder mit dem Abschnitt vertraut Physik - Optik. Erfahren Sie mehr über die Reflexion von Licht.

4 „Ich liege in der Sonne! Oder warum tragen wir Sonnenbrillen? Vermitteln Sie Kindern praktisches Wissen über Kraft Sonnenlicht. Erfahren Sie, wie Sie in der Sonne sicher sind.

Ergebnis Projekt:

1. Bei Kindern und Eltern ein stetiges kognitives Interesse an der Welt um uns herum und an der Natur der Dinge zu wecken.

2. Vermitteln Sie praktisches Wissen und lehren Sie, wie Sie dieses Wissen im Leben über Wasser, Gewicht, Licht, Schall und Elektrizität anwenden können.

Notiz: Die dritte und vierte Dezemberwoche sowie die erste und zweite Januarwoche sind dem Neujahrsfest gewidmet. Projekt„Neujahr steht vor der Tür und das Geheimnis von Weihnachten“.