Файл: Перельман Я. И. - Занимательная физика. Книга 1 - 1983.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 3312
Скачиваний: 16
9
Г Л А В А
П Е Р В А Я
СКОРОСТЬ
.
СЛОЖЕНИЕ
ДВИЖЕНИЙ
Как
быстро
мы
движемся
?
От
природы
человек
наделен
способностью
развивать
довольно
скромную
скорость
передвижения
:
пешеход
в
среднем
проходит
в
секунду
около
1,5
м
.
Это
немного
быстрее
,
чем
движение
воды
в
большей
части
равнинных
рек
,
но
мед
-
леннее
,
чем
движение
воздуха
при
умеренном
ветре
(5
м
в
секунду
).
По
сравне
-
нию
с
улиткой
,
переползающей
всего
1,5
мм
в
секунду
,
человек
является
,
конеч
-
но
,
скороходом
:
ведь
он
в
1000
раз
проворнее
ее
!
Но
если
он
вступит
в
состяза
-
ние
с
другими
живыми
существами
,
то
останется
позади
:
даже
муха
при
спокой
-
ном
полете
движется
втрое
быстрее
,
чем
.
Однако
уже
такое
сравнительно
простое
механическое
приспособление
,
как
коньки
,
дает
человеку
преимущество
над
его
«
соперниками
»
из
мира
животных
.
Опытный
конькобежец
бежит
со
скоростью
,
превышающей
10
м
в
секунду
,
и
лишь
немногие
животные
могут
его
догнать
.
Всадник
на
скакуне
развивает
ско
-
рость
в
пределах
15 20
м
в
секунду
и
буквально
перегоняет
ветер
,
потому
что
при
сильном
ветре
скорость
движения
воздуха
редко
превышает
20
м
в
секунду
.
Мы
видим
,
следовательно
,
что
выражение
наших
народных
сказок
и
былин
«
конь
быстрый
,
как
буйный
ветер
»
не
является
вовсе
преувеличением
.
Хорошая
гончая
собака
мчится
даже
быстрее
ветра
(25
м
в
секунду
).
Еще
больше
скорость
полета
некоторых
птиц
.
Машины
,
изобретенные
человеком
,
делают
его
самым
быстрым
существом
на
Земле
.
Еще
в
1896
г
.
на
автомобильных
гонках
Париж
–
Брест
была
достигну
-
та
скорость
20
км
в
час
,
т
.
е
.
около
6
м
в
секунду
.
Это
считалось
тогда
для
авто
-
мобилей
великим
триумфом
.
Но
уже
через
год
скорость
автомобилей
удвоилась
,
а
в
1909
г
.
на
гонках
Париж
–
Мадрид
автомобили
развили
скорость
,
впятеро
большую
, – 108
км
в
час
,
или
30
м
в
секунду
На
автомобиле
,
скоростном
поезде
,
а
тем
более
на
самолете
человек
может
легко
обогнать
и
лошадь
,
и
собаку
,
и
орла
и
.
успешно
соперничать
по
скорости
с
ураганным
ветром
,
при
котором
воздух
движется
быстрее
30
м
в
секунду
.
Чтобы
яснее
представить
себе
величину
скорости
ветра
при
урагане
,
заметим
,
что
ка
-
мень
,
брошенный
изо
всех
сил
,
пролетит
в
первую
секунду
со
скоростью
,
при
-
мерно
в
два
раза
меньшей
,
т
.
е
.
со
скоростью
около
15
м
в
секунду
.
В
погоне
за
временем
Можно
ли
в
8
часов
утра
вылететь
из
Владивостока
и
в
8
часов
утра
того
же
дня
прилететь
в
Москву
?
Вопрос
этот
вовсе
не
лишен
смысла
.
Да
,
можно
.
Чтобы
понять
этот
ответ
,
нужно
только
вспомнить
,
что
разница
между
поясным
време
-
нем
Владивостока
и
Москвы
составляет
семь
часов
.
И
если
самолет
сможет
пройти
расстояние
между
Владивостоком
и
Москвой
за
это
время
,
то
он
прибу
-
дет
в
Москву
в
час
своего
вылета
из
Владивостока
.
Расстояние
Владивосток
–
Москва
составляет
примерно
9000
км
.
Значит
,
скорость
самолета
должна
быть
равна
9000 : 7
≈
1300
км
в
час
.
Это
чуть
больше
скорости
звука
в
воздухе
(1200
км
в
час
)
.
Чтобы
«
перегнать
Солнце
» (
или
,
точнее
,
Землю
)
в
полярных
широтах
,
нуж
-
на
значительно
меньшая
скорость
.
На
75-
й
параллели
(
Новая
Земля
)
самолет
,
обладающий
скоростью
около
450
км
в
час
,
пролетает
столько
же
,
сколько
успе
-
вает
за
тот
же
промежуток
времени
пройти
точка
земной
поверхности
при
вра
-
щении
Земли
вокруг
оси
.
Для
пилота
или
пассажира
такого
самолета
Солнце
остановится
и
будет
неподвижно
висеть
на
небе
,
не
приближаясь
к
закату
(
при
этом
,
конечно
,
самолет
должен
двигаться
в
подходящем
направлении
).
Еще
легче
«
перегнать
Луну
»
в
ее
собственном
обращении
вокруг
Земли
.
Луна
движется
вокруг
Земли
в
29
раз
медленнее
,
чем
Земля
вокруг
своей
оси
(
сравниваются
,
конечно
,
так
называемые
«
угловые
»,
а
не
линейные
скорости
).
Поэтому
обыкновенный
пароход
,
делающий
25-30
км
в
час
,
может
уже
в
средних
широтах
«
перегнать
Луну
».
О
таком
явлении
упоминает
Марк
Твен
в
своих
очерках
«
Простаки
за
гра
-
ницей
»:
«
Во
время
переезда
по
Атлантическому
океану
от
Нью
-
Йорка
к
Азорским
островам
стояла
прекрасная
летняя
погода
,
а
ночи
были
даже
лучше
дней
.
Мы
наблюдали
странное
явление
:
Луну
,
появляющуюся
каждый
вечер
в
тот
же
час
в
той
же
точке
неба
.
Причина
этого
оригинального
поведения
Луны
сначала
оставалась
для
нас
загадочной
,
но
потом
мы
сообразили
,
в
чем
дело
:
мы
подвигались
каждый
час
на
20
минут
долготы
к
востоку
,
т
.
е
.
именно
с
такой
скоростью
,
чтобы
не
отставать
от
Луны
!»
Тысячная
доля
секунды
Для
нас
,
привыкших
мерить
время
на
свою
человеческую
мерку
,
тысячная
доля
секунды
равнозначна
нулю
.
Такие
промежутки
времени
лишь
недавно
ста
-
ли
встречаться
в
нашей
практике
.
Когда
время
определяли
по
высоте
Солнца
или
Рис
. 1.
Определение
времени
дня
по
положению
Солнца
на
небе
(
слева
)
и
по
длине
тени
(
справа
).
10
длине
тени
,
то
не
могло
быть
речи
о
точности
даже
до
минуты
(
. 1);
люди
считали
минуту
слишком
ничтожной
величиной
,
чтобы
стоило
ее
измерять
.
Древний
человек
жил
такой
неторопливой
жизнью
,
что
на
его
часах
–
солнеч
-
ных
,
водяных
,
песочных
–
не
было
особых
делений
для
минут
Толь
-
ко
с
начала
XVIII
века
стала
появляться
на
циферблате
минутная
стрелка
.
А
с
начала
XIX
века
появилась
и
секундная
стрелка
.
Рис
. 3.
Старинные
карманные
часы
.
Рис
. 2.
Водяные
часы
,
употреблявшиеся
в
древнем
мире
.
Что
же
может
совершиться
в
тысячную
долю
секунды
?
Очень
многое
!
По
-
езд
,
правда
,
может
переместиться
за
этот
промежуток
времени
всего
на
3
см
,
звук
–
уже
на
33
см
,
земной
шар
пройдет
в
своем
движении
вокруг
Солнца
за
такую
долю
секунды
30
м
,
а
свет
– 300
км
.
Мелкие
существа
,
окружающие
нас
,
если
бы
они
умели
рассуждать
,
веро
-
ятно
,
не
считали
бы
тысячную
долю
секунды
за
ничтожный
промежуток
време
-
ни
.
Для
насекомых
,
например
,
величина
эта
вполне
ощутима
.
Комар
в
течение
одной
секунды
делает
500-600
полных
взмахов
крылышками
;
значит
,
в
тысяч
-
ную
долю
секунды
он
успевает
поднять
их
или
опустить
.
Человек
не
способен
перемещать
свои
члены
так
быстро
,
как
насекомое
.
Самое
быстрое
наше
движение
–
мигание
глаз
, «
мгновение
ока
»,
или
«
миг
»,
в
первоначальном
смысле
этих
слов
.
Оно
совершается
так
быстро
,
что
мы
не
заме
-
чаем
даже
временного
затмения
поля
нашего
зрения
.
Немногие
,
однако
,
знают
,
что
это
движение
–
синоним
невообразимой
быстроты
–
протекает
,
в
сущности
,
довольно
медленно
,
если
измерять
его
тысячными
долями
секунды
.
Полное
«
мгновение
ока
»
длится
,
как
обнаружили
точные
измерения
,
в
среднем
2/5
се
-
кунды
,
т
.
е
. 400
тысячных
долей
ее
.
Оно
распадается
на
следующие
фазы
:
опус
-
кание
века
(75-90
тысячных
секунды
),
состояние
неподвижности
опущенного
века
(130-170
тысячных
)
и
поднятие
его
(
около
170
тысячных
).
Как
видите
,
«
один
миг
»
в
буквальном
смысле
этого
слова
–
промежуток
довольно
значитель
-
ный
,
в
течение
которого
глазное
веко
успевает
даже
немного
отдохнуть
.
И
если
бы
мы
могли
раздельно
воспринимать
впечатления
,
длящиеся
тысячную
долю
секунды
,
мы
уловили
бы
«
в
один
миг
»
два
плавных
движения
глазного
века
,
разделенных
промежутком
покоя
.
При
таком
устройстве
нашей
нервной
системы
мы
увидели
бы
окружаю
-
щий
нас
мир
преображенным
до
неузнаваемости
.
Описание
тех
странных
кар
-
11
12
тин
,
какие
представились
бы
тогда
нашим
глазам
,
дал
английский
писатель
Уэллс
в
рассказе
«
Новейший
ускоритель
».
Герои
рассказа
выпили
фантастиче
-
скую
микстуру
,
которая
действует
на
нервную
систему
так
,
что
делает
органы
чувств
способными
к
раздельному
восприятию
быстрых
явлений
.
Вот
несколько
примеров
из
рассказа
:
«–
Видали
ли
вы
до
сих
пор
,
чтобы
занавеска
прикреплялась
к
окну
этаким
манером
?
Я
посмотрел
на
занавеску
и
увидел
,
что
она
словно
застыла
и
что
угол
у
нее
как
за
-
гнулся
от
ветра
,
так
и
остался
.
–
Не
видал
никогда
, –
сказал
я
. –
Что
за
странность
!
–
А
это
? –
сказал
он
и
растопырил
пальцы
,
державшие
стакан
.
Я
ожидал
,
что
стакан
разобьется
,
но
он
даже
не
шевельнулся
:
он
повис
в
воздухе
неподвижно
.
–
Вы
,
конечно
,
знаете
, –
сказал
Гибберн
, –
что
падающий
предмет
опускается
в
пер
-
вую
секунду
на
5
м
.
И
стакан
пробегает
теперь
эти
5
м
, –
но
,
вы
понимаете
,
но
прошло
еще
и
сотой
доли
секунды
*)
.
Это
может
вам
дать
понятие
о
силе
моего
«
ускорителя
».
Стакан
медленно
опускался
.
Гибберн
провел
рукой
вокруг
стакана
,
над
ним
и
под
ним
...
Я
глянул
в
окно
.
Какой
-
то
велосипедист
,
застывший
на
одном
месте
,
с
застывшим
облаком
пыли
позади
,
догонял
какую
-
то
бричку
,
которая
также
не
двигалась
ни
на
один
дюйм
.
...
Наше
внимание
было
привлечено
омнибусом
,
совершенно
окаменевшим
.
Верхушка
колес
,
лошадиные
ноги
,
конец
кнута
и
нижняя
челюсть
кучера
(
он
только
что
начал
зевать
)
–
все
это
,
хотя
и
медленно
,
но
двигалось
;
остальное
же
в
этом
неуклюжем
экипаже
совер
-
шенно
застыло
.
Сидящие
там
люди
были
как
статуи
.
...
Какой
-
то
человек
застыл
как
раз
в
тот
момент
,
когда
он
делал
нечеловеческие
уси
-
лия
сложить
на
ветру
газету
.
Но
для
нас
этого
ветра
не
существовало
.
...
Все
,
что
было
сказано
,
подумано
,
сделано
мной
с
той
поры
,
как
«
ускоритель
»
про
-
ник
в
мой
организм
,
было
лишь
мгновением
ока
для
всех
прочих
людей
и
для
всей
Вселен
-
ной
».
Вероятно
,
читателям
интересно
будет
узнать
,
каков
наименьший
промежу
-
ток
времени
,
измеримый
техническими
средствами
.
Еще
в
начале
этого
века
он
равнялся
10 000-
й
доле
секунды
;
теперь
же
физик
в
своей
лаборатории
способен
измерить
10 000 000 000-
ю
долю
секунды
.
Этот
промежуток
примерно
во
столько
же
раз
меньше
целой
секунды
,
во
сколько
раз
секунда
меньше
300
лет
!
Лупа
времени
Когда
Уэллс
писал
свой
«
Новейший
ускоритель
»,
он
едва
ли
думал
,
что
не
-
что
подобное
когда
-
нибудь
осуществится
в
действительности
.
Ему
довелось
,
однако
,
дожить
до
этого
:
он
мог
собственными
глазами
увидеть
–
правда
,
только
на
экране
–
те
картины
,
которые
создало
некогда
его
воображение
.
Так
называе
-
мая
«
лупа
времени
»
показывает
нам
на
экране
в
замедленном
темпе
многие
яв
-
ления
,
протекающие
обычно
очень
быстро
.
«
Лупа
времени
» –
это
кинематографический
фотоаппарат
,
делающий
в
се
-
кунду
не
24
снимка
,
как
обычные
киноаппараты
,
а
во
много
раз
больше
.
Если
заснятое
так
явление
проектировать
на
экран
,
пуская
ленту
с
обычной
скоростью
24
кадра
в
секунду
,
то
зрители
увидят
явление
растянутым
–
совершающимся
в
соответствующее
число
раз
медленнее
нормального
.
Читателю
случалось
,
веро
-
*)
Надо
иметь
в
виду
к
тому
же
,
что
в
первую
сотую
долю
первой
секунды
своего
падения
тело
проходит
не
сотую
часть
от
5
м
,
а
10 000-
ю
(
по
формуле
S=gt
2
/2),
т
.
е
. 0,5
мм
,
а
в
первую
тысячную
долю
секунды
–
всего
0,005
мм
. –
Я
.
П
.
ятно
,
видеть
на
экране
такие
неестественно
плавные
прыжки
и
другие
замедлен
-
ные
явления
.
С
помощью
более
сложных
аппаратов
того
же
рода
достигается
замедление
еще
более
значительное
,
почти
воспроизводящее
то
,
что
описано
в
рассказе
Уэллса
.
Когда
мы
движемся
вокруг
Солнца
быстрее
–
днем
или
ночью
?
В
парижских
газетах
появилось
однажды
объявление
,
обещавшее
каждому
за
25
сантимов
указать
способ
путешествовать
дешево
и
притом
без
малейшего
утомления
.
Нашлись
легковерные
,
которые
прислали
требуемые
25
сантимов
.
В
ответ
каждый
из
них
получил
по
почте
письмо
следующего
содержания
:
«
Оставайтесь
,
гражданин
,
спокойно
в
своей
кровати
и
помните
,
что
Земля
наша
вер
-
тится
.
На
параллели
Парижа
– 49-
й
–
вы
пробегаете
каждые
сутки
более
25 000
км
.
А
если
вы
любите
живописные
виды
,
откиньте
оконную
занавеску
и
восхищайтесь
картиной
звездного
неба
».
Рис
.
4.
На
ночной
половине
земного
шара
люди
движутся
вокруг
Солнца
быстрее
,
чем
на
дневной
.
Привлеченный
к
суду
за
мошенничество
,
виновник
этой
затеи
выслушал
приговор
,
уплатил
наложенный
на
него
штраф
и
,
говорят
,
став
в
театральную
позу
,
торжественно
повторил
знаменитое
восклицание
Галилея
:
–
А
все
-
таки
она
вертится
!
В
известном
смысле
шутник
был
прав
,
потому
что
каждый
обитатель
зем
-
ного
шара
не
только
«
путешествует
»,
вращаясь
вокруг
земной
оси
,
но
с
еще
большей
скоростью
переносится
Землей
при
ее
обращении
вокруг
Солнца
.
Еже
-
секундно
планета
наша
со
всеми
своими
обитателями
перемещается
в
простран
-
стве
на
30
км
,
вращаясь
одновременно
и
вокруг
оси
.
По
этому
поводу
можно
задать
интересный
вопрос
:
когда
мы
движемся
во
-
круг
Солнца
быстрее
–
днем
или
ночью
?
13