Занимательная физика. Книга 1

Рис. 15. Японские возки – джинрикши, которые легче везти нагруженными, нежели пустыми.

Рис. 16. Равновесие сил на японском возке.

Рисунок 16 упрощенно изображает возницу, везущего джинрикшу с седоком. Линия AB – между точкой приложения рук возницы и точкой опоры седока – есть не что иное, как неравноплечий рычаг, вращающийся вокруг оси колеса; возница напирает на длинное плечо, седок – на вдвое более короткое. Поэтому половина веса тела возницы уравновешивается весом седока; а это все равно, как если бы возница стал вдвое легче – ведь ногам его приходится нести вдвое меньший груз. Работа же по перемещению веса седока и другой половины веса возницы по ровной дороге с по мощью легких колес – крайне незначительна. Всех этих преимуществ возница лишен, если его джинрикша пуста, – так как тогда половина веса его собственного тела уже не уравновешивается весом пассажира.

Отсюда следует, что японскую джинрикшу – в отличие от всех иных экипажей и повозок мира – действительно легче вести нагруженной, нежели пустой.

Но так происходить лишь на дороге совершенно ровной и горизонтальной. Если же дорога имеет наклон, и возок приходиться тащить в гору – дело меняется. Вместо японского возка мы, для разнообразия, рассмотрим английскую те лежку или одноколку при двух положениях седока.

Рассмотрите рис. 17 и попробуйте, на основании законов рычага, объяснить, почему тележку с седоком легче везти в гору, если седок сидит в передней, а не в зад ней её части.

Рис. 17. Какую тележку легче везти в гору и почему?

Надо рассуждать так: если седок расположен впереди оси колес, то вес его тела через поручни тележки прибавляется к весу тела везущего: последний становится тяжелее, и ему не приходится прилагать больших усилий к тому, чтобы мешать тележке скатываться вниз. Если же седок располагается на заднем конце тележки, то, как мы уже видели, он облегчает вес тела возницы; вот почему последнему приходится сильно наклоняться вперед, напрягая мускулы, чтобы помешать обратному скатыванию тележки.

Другое дело, когда тележку с седоком катят вниз по уклону: здесь уменьшение веса, как и в случае с джинрикшей, выгодно для возницы, а увеличение – невыгодно. По этому правый возница на рис. 18 бегом катит тележку, между тем как левый катит ее шагом и с большим напряжением.

Рис. 18. Кому труднее везти тележку под гору и почему?

Веревочные весы

Из веревок и картона нетрудно смастерить весы, которыми можно пользоваться даже для хозяйственных надобностей.

В горизонтальную полку вбейте два гвоздя на расстоянии полуаршина[6 - Аршин – старая русская мера длины, употреблявшаяся до введения метрической системы мер. В России вошла в употребление с XVI века. Первоначально аршин равнялся 27 английским дюймам, при Петре I размер аршина был установлен в 28 дюймов и оставался неизменным. 1 аршин = 16 вершкам = 71,12 см. – Прим. изд.] один от другого. К ним привяжите концы крепкой двухаршинной бечевки, предварительно завязав узел строго посредине её длины. Теперь приготовьте из кусков картона «чашки», которые и подвяжите на бечевках на расстоянии 5–6 вершков[7 - Вершок – старорусская единица измерения. Первоначально равнялась длине основной фаланги указательного пальца. 1 вершок =

/

сажени =

/

аршина =

/

пяди = 1,75 дюйма = 4,445 см. – Прим. изд.] в обе стороны от узла. К полке прибейте кусок картона, на котором поставьте знак – стрелку, как раз против того места, где находится узел.

Теперь весы готовы. Когда «чашки» нагружены одинаково, узел приходится против стрелки. Если же какая-либо из чашек перетягивает, то средняя часть бечевки, отвечающая коромыслу весов, наклоняется в соответствующую сторону и тянет ту да же узел.

Рис. 19. Самодельные весы из веревок.

Чтобы наши веревочные весы действовали правильно, необходимо изготовить их чрезвычайно тщательно: гвозди должны быть на одной горизонтальной линии, узел должен быть строго посередине и т. д. Достичь этого трудно, поэтому мы объясним сейчас –

Как на неверных весах взвесить верно.

Не думайте, что если у вас имеются неверные весы, то с их помощью нельзя произвести верного взвешивания. Ничего нет легче, как взвесить верно на неверных весах. Надо только знать, как взяться за дело.

А дело очень просто. Положив предмет, подлежащий взвешиванию, на одну чашку весов, насыпайте на другую песку (или дроби) до тех пор, пока весы не придут в равновесие. Затем, сняв с чашки взвешиваемый предмет (песок не трогают), кладите на него гири до тех пор, пока весы снова не уравновесятся. Ясно, что теперь гири равны весу снятого с чашки предмета, так как предмет и гири вполне заменяют друг друга. Отсюда и название способа – «взвешивание заменой».

На пружинных весах, имеющих только одну чашку, этот простой прием также вполне применим. Здесь нет надобности запасаться песком или дробью. Положите взвешиваемую вещь на чашку и заметьте, у какого деления остановится указатель. Затем, сняв вещь с безмена, по ставьте на чашку столько гирь, сколько надобно для того, чтобы указатель остановился у того же деления. Вес этих гирь, очевидно, должен равняться весу вещи.

Так как пружинные весы часто портятся, то мы советуем всегда применять этот прием, который дает верный результат даже на неверных весах. Он пригоден, конечно, для проверки всякого рода иных весов, будут ли это весы с коромыслом, весы столовые, безмен и т. д.

Если, покупая товар в магазине, вы сомневаетесь в правильности весов, заставьте продавца перевзвесить еще раз по только что описанному способу – и недовес, если он был, сразу скажется. Разумеется, при этом мы полагаем, что в вашем распоряжении имеются вполне верные гири.

Как взвешивать, не имея гирь?

Гири далеко не всегда оказываются под руками, и потому всякому полезно запомнить, что за неимением гирь можно с успехом пользоваться… деньгами! В самом деле, монеты чеканятся вполне определенного веса, и зная это, можно в случае нужды (разумеется – не денежной) обходиться без гирь. Кто читал роман Жюля Верна «Гектор Сервадак», тот знает, какую услугу в этом отношении могут оказать французские деньги. Но многим неизвестно, что для тех же целей можно употреблять и русские деньги.

Для русских мер нужно пользоваться медными монетами. Достоинство их находится в очень простом отношении к нашей весовой единице, а именно: на пуд[8 - Пуд – устаревшая единица измерения массы русской системы мер. 1 пуд = 40 фунтам = 1 280 лотам = 3 840 золотникам = 368 640 долям. Также 10 пудов = 1 берковску (берковцу), более ранней единице массы на Руси. С 1899 года, в соответствии с «Положением о мерах и весах 1899 года», 1 пуд = 16,380496 кг. – Прим. изд.]идет 50 рублей медной монеты современного образца. Отсюда уже легко вывести, что на фунт идет медной монеты на 125 копеек. При этом безразлично, возьмете ли вы 25 пятаков, 125 отдельных копеек или со ставите какие-либо иные комбинации из монет 5-ти, 3-х, 2-х и 1-копеечного достоинства, так как вес медных монет пропорционален их достоинству. Один лот[9 - Лот – старорусская дометрическая единица измерения массы, равная

/

фунта, или трем золотникам, или 12,797 251 191 395 300 граммам. В частности, лот широко применялся при определении почтового сбора в зависимости от веса корреспонденции. – Прим. изд.] до вольно близко отвечает весу 4 копеек.

Для мер французских (граммов), которые часто указываются в научных сочинениях, физик-любитель может пользоваться нашей серебряной монетой, зная, что

серебряный рубль весит ровно…… 20 граммов

серебряный полтинник весит ровно…… 10 граммов

серебряный четвертак весит ровно…… 5 граммов.

Что же касается мелкой серебряной разменной монеты (20, 15, 10 и 5 коп.), то вес её не пропорционален достоинству, так как она чеканится из сплава более низкой пробы, чем полноценная. Не мешает запомнить, на всякий случай, что серебряный пятачок весит 0,9 грамма, т. е. немногим меньше грамма.

Этих данных достаточно, чтобы с удовлетворительной точностью производить взвешивания в русских и французских мерах. Нужно только избегать пользоваться слишком потертой монетой.

Вечное движение

Один средневековый ученый предлагал устроить колесо, которое само вертелось бы, без всякой посторонней силы, и при том вечно.

На рис. 20 изображен его самодвижущийся механизм. К краям зубчатого колеса прикреплены откидные палоч ки с грузами на концах. При всяком положении этого колеса грузы на правой его стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, будет перевешивать и увлекать колесо во вращательное движение.

Рис. 20. Будет ли это колесо вертеться само собой?

Казалось бы, такое колесо должно вращаться вечно, – по крайней мере, до тех пор, пока не перетрется его ось. А между тем, если вы смастерите этот двигатель, то убедитесь, что он и не думает двигаться.

В чем же дело?

Очень просто: грузы на левой стороне, действительно, дальше от центра – но это преимущество уничтожается тем, что самое число их зато гораздо меньше. Взгляните на рисунок: налево всего два шарика, а направо чуть не целых пять… Оттого-то наш двигатель и не трогается с места.

Уже более полувека, как доказано, что невозможно построить механизм, который вечно двигался бы сам собой. Поэтому не стоит и ломать голову над такой безнадежной задачей. Все равно ни до чего не додуматься. А в прежнее время, особенно в средние века, люди немало таки потратили времени и труда на изобретение «вечного движения» – perpetuum mobile по-латыни. Это казалось им еще более заманчивым, чем искусство делать золото из дешевых металлов.

У Пушкина в «Сценах из рыцарских времен» выведен такой мечтатель в лице Бертольда:

«– Что такое perpetuum mobile? – спрашивает Мартын.

– Perpetuum mobile – отвечает ему Бертольд, – есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… Видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото – задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное и выгодное, но найти perpetuum mobile… О!..»