Файл: Перельман Я. И. - Занимательная физика. Книга 1 - 1983.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2020
Просмотров: 1511
Скачиваний: 12
Вопрос
способен
вызвать
недоумение
:
ведь
всегда
на
одной
стороне
Земли
день
,
на
другой
–
ночь
;
какой
же
смысл
имеет
наш
вопрос
?
По
-
видимому
,
ника
-
кого
.
Однако
это
не
так
.
Спрашивается
ведь
не
о
том
,
когда
вся
Земля
перемеща
-
ется
скорее
,
а
о
том
,
когда
мы
,
ее
обитатели
,
движемся
скорее
среди
звезд
.
А
это
уже
вовсе
не
бессмысленный
вопрос
.
В
Солнечной
системе
мы
совершаем
два
движения
:
вращаемся
вокруг
Солнца
и
в
то
же
время
обращаемся
вокруг
земной
оси
.
Оба
движения
складываются
,
но
результат
получается
различный
,
смотря
по
тому
,
находимся
ли
мы
на
дневной
или
ночной
половине
Земли
.
Взгляните
на
. 4,
и
вы
поймете
,
что
в
полночь
скорость
вращения
прибавляется
к
поступа
-
тельной
скорости
Земли
,
а
в
полдень
,
наоборот
,
отнимается
от
нее
.
Значит
,
в
полночь
мы
движемся
в
Солнечной
системе
быстрее
,
нежели
в
полдень
.
Так
как
точки
экватора
пробегают
в
секунду
около
полукилометра
,
то
для
экваториальной
полосы
разница
между
полуденной
и
полуночной
скоростями
достигает
целого
километра
в
секунду
.
Знакомые
с
геометрией
легко
могут
вы
-
числить
,
что
для
Ленинграда
(
который
находится
на
60-
й
параллели
)
эта
разница
вдвое
меньше
:
в
полночь
ленинградцы
каждую
секунду
пробегают
в
Солнечной
системе
на
полкилометра
больше
,
нежели
в
полдень
Загадка
тележного
колеса
Прикрепите
сбоку
к
ободу
тележного
колеса
(
или
к
шине
велосипедного
)
белую
или
цветную
бумажку
и
наблюдайте
за
ней
во
время
движения
телеги
(
или
велосипеда
).
Вы
заметите
странное
явление
:
пока
бумажка
находится
в
нижней
части
катящегося
колеса
,
она
видна
довольно
отчетливо
;
в
верхней
же
части
она
мелькает
так
быстро
,
что
вы
не
успеваете
ее
разглядеть
.
Выходит
как
будто
,
что
верхняя
часть
колеса
движется
быстрее
,
чем
ниж
-
няя
.
То
же
наблюдение
можно
сделать
,
если
сравнить
между
собой
верхние
и
нижние
спицы
катящегося
колеса
какого
-
нибудь
экипажа
.
Будет
заметно
,
что
верхние
спицы
сливаются
в
одно
сплошное
целое
,
нижние
же
видимы
раздельно
.
Дело
опять
-
таки
происходит
так
,
словно
верхняя
часть
колеса
движется
быстрее
,
чем
нижняя
.
Рис
. 5.
Как
убедиться
,
что
верхняя
часть
колеса
движется
быстрее
нижней
.
Сравните
расстояния
точек
А
и
В
отка
-
тившегося
колеса
(
справа
)
от
неподвижной
палки
.
В
чем
же
разгадка
этого
странного
явления
?
Да
просто
в
том
,
что
верхняя
часть
катящегося
колеса
действительно
движется
быстрее
,
чем
нижняя
.
Факт
представляется
с
первого
взгляда
невероятным
,
а
между
тем
простое
рассужде
-
ние
убедит
нас
в
этом
.
Ведь
каждая
точка
катящегося
колеса
совершает
сразу
два
14
движения
:
обращается
вокруг
оси
и
в
то
же
время
подвигается
вперед
вместе
с
этой
осью
.
Происходит
–
как
в
случае
земного
шара
–
сложение
двух
движений
,
и
результат
для
верхней
и
нижней
частей
колеса
получается
разный
.
Вверху
вращательная
скорость
движения
колеса
прибавляется
к
поступательной
,
так
как
оба
движения
направлены
в
одну
и
ту
же
сторону
.
Внизу
же
вращательная
ско
-
рость
движения
направлена
в
обратную
сторону
и
,
следовательно
,
отнимается
от
поступательной
.
Вот
почему
верхние
части
колеса
перемещаются
относитель
-
но
неподвижного
наблюдателя
быстрее
,
чем
нижние
.
То
,
что
это
действительно
так
,
легко
понять
на
простом
опыте
,
который
можно
проделать
при
удобном
случае
.
Воткните
в
землю
палку
рядом
с
колесом
стоящей
телеги
так
,
чтобы
палка
приходилась
против
оси
На
ободе
ко
-
леса
,
в
самой
верхней
и
в
самой
нижней
его
частях
,
сделайте
пометки
мелом
или
углем
;
пометки
придутся
,
следовательно
,
как
раз
против
палки
.
Теперь
откатите
телегу
немного
вправо
,
чтобы
ось
отошла
от
палки
на
20-30
см
,
и
заметьте
,
как
переместились
ваши
пометки
.
Окажется
,
что
верхняя
пометка
А
переместилась
заметно
больше
,
нежели
нижняя
В
,
которая
только
едва
отступила
от
палки
.
Самая
медленная
часть
колеса
Итак
,
не
все
точки
движущегося
колеса
телеги
перемещаются
одинаково
быстро
.
Какая
же
часть
катящегося
колеса
движется
всего
медленнее
?
Нетрудно
сообразить
,
что
медленнее
всех
движутся
те
точки
колеса
,
ко
-
торые
в
данный
момент
соприкасаются
с
землей
.
Строго
говоря
,
в
момент
со
-
прикосновения
с
почвой
эти
точки
колеса
совершенно
неподвижны
.
Все
сказанное
справедливо
только
для
колеса
катящегося
,
а
не
для
такого
,
которое
вращается
на
неподвижной
оси
.
В
маховом
колесе
,
например
,
верхние
и
нижние
точки
обода
движутся
с
одинаковой
скоростью
.
Задача
не
шутка
Вот
еще
одна
не
менее
любопытная
задача
:
в
поезде
,
идущем
,
скажем
,
из
Ленинграда
в
Москву
,
существуют
ли
точки
,
которые
по
отношению
к
полотну
дороги
движутся
обратно
–
от
Москвы
к
Ленинграду
?
Рис
. 6.
Когда
колесо
откатывается
налево
,
точки
В
,
С
,
D
выступающей
части
спички
отодвигаются
в
обрат
-
ную
сторону
.
Рис
. 7.
Когда
железнодорожное
колесо
катится
налево
,
нижние
точки
его
выступающего
края
движутся
направо
.
15
16
ый
момент
на
каждом
колесе
существуют
такие
точк
чки
этого
края
7)
при
движ
легала
к
кружку
по
радиусу
и
далеко
выступала
за
край
.
Если
теперь
упереть
а
,
тем
заметнее
подастся
она
назад
при
качении
кружка
(
точк
тся
так
же
,
как
и
высту
-
пающ
жущемся
поезде
все
же
существует
наперекор
нашим
обычным
представлениям
.
ажирам
весельной
лодки
,
они
указали
бы
совершенно
другую
точ
-
ку
.
П
пассажирам
представляется
,
что
парусная
лодка
отчалила
от
берега
вовсе
не
в
Оказывается
,
что
в
кажд
и
.
Где
же
они
находятся
?
Вы
знаете
,
конечно
,
что
железнодорожные
колеса
имеют
на
ободе
высту
-
пающий
край
(
реборду
).
И
вот
оказывается
,
что
нижние
то
ении
поезда
перемещаются
вовсе
не
вперед
,
а
назад
!
В
этом
легко
удостовериться
,
проделав
такой
опыт
.
К
небольшому
кружку
,
например
к
монете
или
пуговице
,
прилепите
воском
спичку
так
,
чтобы
она
при
-
кружок
в
край
линейки
в
точке
A
и
начать
катить
кружок
справа
налево
,
то
точки
B
,
С
и
D
выступающей
части
отодвинутся
не
вперед
,
а
назад
.
Чем
даль
-
ше
точка
от
края
кружк
Рис
. 8.
Кривая
линия
(
циклоида
),
которую
описыва
-
ет
каждая
точка
обода
катящегося
колеса
телеги
(
вверху
)
и
каждая
точка
выступающего
края
желез
-
нодорожного
колеса
(
внизу
).
а
D
перейдет
в
D'
).
Точки
реборды
железнодорожного
колеса
движу
ая
часть
спички
в
нашем
опыте
(
рис
. 7
и
8).
Вас
не
должно
удивлять
теперь
,
что
в
поезде
существуют
точки
,
которые
движутся
не
вперед
,
а
назад
.
Правда
,
это
движение
длится
лишь
ничтожную
долю
секунды
;
но
,
как
бы
то
ни
было
,
обратное
перемещение
в
дви
Откуда
плыла
лодка
?
Вообразите
,
что
весельная
лодка
плывет
по
озеру
,
и
пусть
стрелка
а
на
рис
.
9
изображает
скорость
ее
движения
.
Наперерез
идет
парусная
лодка
;
стрелка
b
изображает
ее
скорость
.
Если
вас
,
читатель
,
спросят
,
откуда
эта
лодка
отчалила
,
вы
,
конечно
,
сразу
укажете
пункт
М
на
берегу
.
Но
если
с
тем
же
вопросом
обра
-
титься
к
пасс
очему
?
Происходит
это
оттого
,
что
пассажиры
видят
лодку
движущейся
вовсе
не
под
прямым
углом
к
пути
своей
лодки
.
Они
ведь
не
чувствуют
собственного
движения
:
им
кажется
,
что
сами
они
стоят
на
месте
,
а
все
кругом
движется
с
их
собственной
скоростью
,
но
в
обратном
направлении
.
Поэтому
для
них
парусная
лодка
движется
не
только
по
направлению
стрелки
b,
но
и
по
направлению
пунк
-
тирной
стрелки
а
,
обратно
движению
весельной
лодки
Оба
движения
парусной
лодки
–
действительное
и
кажущееся
–
складываются
по
правилу
па
-
раллелограмма
.
В
результате
пассажирам
шлюпки
кажется
,
будто
парусная
лод
-
ка
движется
по
диагонали
параллелограмма
,
построенного
на
b
и
a
.
Вот
почему
точке
М
,
а
в
некоторой
точке
N
,
далеко
впереди
по
движению
весельной
лодки
Двигаясь
вместе
с
Землей
по
ее
орбите
и
встречая
лучи
звезд
,
мы
судим
о
положении
источников
этих
лучей
так
же
неправильно
как
пассажиры
весельной
лодки
ошибочно
определяют
место
отплытия
парусной
.
Поэтому
звезды
пред
-
ставляются
,
нам
немного
смещенными
вперед
по
пути
движения
Земли
.
Конеч
-
но
,
скорость
движения
Земли
ничтожна
по
сравнению
со
скоростью
света
(
в
10 000
раз
меньше
);
поэтому
кажущееся
смещение
звезд
незначительно
.
Но
оно
может
быть
обнаружено
с
помощью
астрономических
приборов
.
Явление
это
носит
название
аберрации
света
.
Рис
. 9
Парусная
лодка
идет
наперерез
весельной
.
Что
увидят
гребцы
?
Если
подобные
вопросы
заинтересовали
вас
,
попробуйте
,
не
изменяя
условий
нашей
задачи
о
лодке
,
сказать
: 1)
по
какому
направлению
движется
весельная
лодка
для
пассажиров
парусной
; 2)
куда
направляется
весельная
одка
,
по
мнению
пассажиров
парусной
?
Рис
. 10.
Гребцам
кажется
,
что
парусная
лодка
идет
не
наперерез
им
,
а
косо
–
от
точки
N
,
а
не
от
точки
М
.
Чтобы
ответить
на
эти
вопросы
,
вам
нужно
на
стрелке
a
(
. 10)
построить
параллелограмм
скоростей
;
диагональ
его
покажет
,
что
пассажирам
парусной
лодки
весельная
кажется
плывущей
в
косом
направлении
(
наперерез
парусной
лодке
с
одновременным
смещением
в
торону
берега
,
где
расположены
точки
М
и
N
).
17
Г Л А В А
В Т О Р А Я
ТЯЖЕСТЬ
И
ВЕС
.
РЫЧАГ
.
ДАВЛЕНИЕ
Встаньте
!
Если
я
скажу
вам
: «
Сейчас
вы
сядете
на
стул
так
,
что
не
сможете
встать
,
хотя
и
не
будете
привязаны
»,
вы
примете
это
,
конечно
,
за
шутку
.
Хорошо
.
Сядьте
же
так
,
как
сидит
человек
,
изображенный
на
т
.
е
.
держа
туловище
отвесно
и
не
пододвигая
ног
под
стул
.
А
теперь
попробуйте
встать
,
не
меняя
положения
ног
и
не
нагибая
корпуса
вперед
.
Что
,
не
удается
?
Никаким
усилием
мускулов
не
удастся
вам
встать
со
стула
,
пока
вы
не
пододвинете
ног
под
сиденье
или
не
подадитесь
корпусом
вперед
.
Чтобы
понять
,
почему
это
так
,
нам
придется
побеседовать
немного
о
равновесии
тел
вообще
и
человеческого
в
частности
.
Стоящий
предмет
не
опрокидывается
только
тогда
,
когда
отвесная
линия
,
проведения
из
центра
тяжести
,
проходит
внутри
основания
предмета
.
Поэтому
наклонный
цилиндр
,
изображенный
в
должен
непременно
опрокинуться
,
но
если
бы
он
был
настолько
широк
,
что
отвесная
линия
,
проведенная
из
его
центра
тяжести
,
проходила
бы
в
пределах
его
основания
,
цилиндр
не
опрокинулся
бы
.
Так
называемые
«
падающие
башни
» –
в
Пизе
,
в
Болонье
или
хотя
бы
«
падающая
колокольня
»
в
Архангельске
не
падают
,
несмотря
на
свой
наклон
,
потому
,
что
отвесная
линия
из
их
центра
тяжести
не
выходит
за
пределы
основания
. (
Другая
,
второстепенная
,
причина
,
конечно
,
та
,
что
они
углублены
в
землю
своими
фундаментами
.)
Рис
. 11.
В
таком
положении
невозможно
подняться
со
стула
.
Стоящий
человек
не
падает
только
до
тех
пор
,
пока
отвесная
линия
из
центра
тяжести
находится
внутри
площадки
,
ограниченной
краями
его
ступеней
. 14).
Поэтому
так
трудно
стоять
на
одной
ноге
;
еще
труднее
стоять
Рио
. 12.
Такой
цилиндр
должен
опроки
-
нуться
,
потому
что
отвесная
линия
,
прове
-
денная
из
центра
тяжести
,
проходит
;
вне
основания
.
18