Perelman ให้ความบันเทิงแก่ฟิสิกส์ทุกส่วน ฟิสิกส์ที่สนุกสนาน

ใช่แล้ว เพเรลแมน

ฟิสิกส์ที่สนุกสนาน

จากบรรณาธิการ

โดยทั่วไปแล้ว "ฟิสิกส์บันเทิง" ฉบับที่เสนอจะทำซ้ำฉบับก่อนหน้า Ya. I. Perelman ทำงานกับหนังสือเล่มนี้เป็นเวลาหลายปีโดยปรับปรุงข้อความและเสริมและเป็นครั้งสุดท้ายในช่วงชีวิตของผู้เขียนหนังสือเล่มนี้ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1936 (ฉบับที่สิบสาม) เมื่อเผยแพร่ฉบับต่อ ๆ ไปบรรณาธิการไม่ได้ตั้งเป้าหมายในการแก้ไขข้อความหรือการเพิ่มเติมที่สำคัญเป็นเป้าหมาย: ผู้เขียนเลือกเนื้อหาหลักของ "ฟิสิกส์บันเทิง" ในลักษณะที่ในขณะที่แสดงและทำให้ข้อมูลพื้นฐานจากฟิสิกส์ลึกซึ้งยิ่งขึ้น มันไม่ล้าสมัยจนถึงทุกวันนี้ นอกจากนี้ เวลาผ่านไปนานมากแล้วตั้งแต่ปี 1936 ความปรารถนาที่จะสะท้อนความสำเร็จล่าสุดทางฟิสิกส์จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากในหนังสือเล่มนี้และการเปลี่ยนแปลงใน "ใบหน้า" ของมัน ตัวอย่างเช่น ข้อความของผู้เขียนเกี่ยวกับหลักการบินอวกาศไม่ล้าสมัยและมีเนื้อหาที่เป็นข้อเท็จจริงมากมายในพื้นที่นี้ซึ่งใคร ๆ ก็สามารถอ้างอิงผู้อ่านไปยังหนังสือเล่มอื่น ๆ ที่อุทิศให้กับหัวข้อนี้โดยเฉพาะเท่านั้น ฉบับที่สิบสี่และสิบห้า (พ.ศ. 2490 และ พ.ศ. 2492) ได้รับการตีพิมพ์ภายใต้กองบรรณาธิการของศาสตราจารย์ เอ.บี. มลอดเซเยฟสกี้. รองศาสตราจารย์มีส่วนร่วมในการจัดทำฉบับที่ 16 (พ.ศ. 2502-2503) V. A. Ugarov เมื่อแก้ไขสิ่งพิมพ์ทั้งหมดที่เผยแพร่โดยไม่มีผู้เขียน เฉพาะตัวเลขที่ล้าสมัยจะถูกแทนที่ โครงการที่ไม่พิสูจน์ตัวเองจะถูกลบออก และมีการเพิ่มเติมและบันทึกย่อแต่ละรายการ

หนังสือเล่มนี้เป็นคอลเลกชันอิสระซึ่งไม่ใช่ภาคต่อโดยตรงจากหนังสือเล่มแรกของวิชาฟิสิกส์บันเทิง ความสำเร็จของคอลเลกชันแรกกระตุ้นให้ผู้เขียนประมวลผลเนื้อหาที่เหลือที่เขาสะสมไว้และด้วยเหตุนี้จึงรวบรวมหนังสือเล่มที่สองนี้หรือเป็นหนังสืออีกเล่มหนึ่งซึ่งครอบคลุมแผนกฟิสิกส์เดียวกัน

ในหนังสือที่เสนอเช่นเดียวกับเล่มแรกผู้เรียบเรียงพยายามไม่มากนักที่จะให้ความรู้ใหม่ ๆ เพื่อฟื้นฟูและรีเฟรชข้อมูลที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่ผู้อ่านมีอยู่แล้ว วัตถุประสงค์ของหนังสือเล่มนี้คือเพื่อกระตุ้นกิจกรรมของจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ สอนให้คิดด้วยจิตวิญญาณแห่งฟิสิกส์ และพัฒนานิสัยในการประยุกต์ความรู้ที่หลากหลาย ดังนั้นใน "ฟิสิกส์บันเทิง" คำอธิบายการทดลองอันน่าตื่นตาตื่นใจจึงถือเป็นเรื่องรอง ปริศนาทางกายภาพ, ปัญหาที่น่าสนใจ, ความขัดแย้งในการสอน, คำถามที่ซับซ้อน, การเปรียบเทียบที่ไม่คาดคิดจากสาขาปรากฏการณ์ทางกายภาพ ฯลฯ มาถึงเบื้องหน้า ในการค้นหาเนื้อหาดังกล่าวผู้เรียบเรียงจะหันไปหาช่วงของปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันไปสู่สาขาของ เทคโนโลยีสู่ธรรมชาติสู่หน้าวิทยาศาสตร์ - นวนิยายแฟนตาซี, - กล่าวอีกนัยหนึ่งคือทุกสิ่งที่อยู่นอกตำราเรียนและห้องเรียนฟิสิกส์สามารถดึงดูดความสนใจของผู้อ่านที่อยากรู้อยากเห็นได้

ตั้งใจหนังสือเล่มนี้ไม่ใช่เพื่อการศึกษา แต่เพื่อการอ่านผู้เรียบเรียงพยายามเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้มีการซ้อนทับและรูปลักษณ์ภายนอก รูปร่างที่น่าสนใจขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าความสนใจในเรื่องนั้นเพิ่มความสนใจเพิ่มการทำงานของความคิดและดังนั้นจึงมีส่วนช่วยในการดูดซึมอย่างมีสติมากขึ้น เพื่อรื้อฟื้นความสนใจในการคำนวณทางกายภาพ บทความบางบทความในคอลเลคชันนี้จึงได้แนะนำเนื้อหาเกี่ยวกับการคำนวณ (ซึ่งเกือบจะไม่ได้ทำในหนังสือเล่มแรก) โดยทั่วไปแล้ว คอลเลคชันเนื้อหาที่คัดสรรนี้มีไว้สำหรับผู้อ่านที่เตรียมตัวมามากกว่าหนังสือเล่มแรกของ "ฟิสิกส์บันเทิง" เล็กน้อย แม้ว่าความแตกต่างในเรื่องนี้ระหว่างหนังสือทั้งสองเล่มนั้นไม่มีนัยสำคัญมากจนสามารถอ่านในลำดับใดก็ได้และแยกจากกัน เล่มที่สาม “ ฟิสิกส์บันเทิงไม่มีอยู่จริง ผู้เขียนได้รวบรวมหนังสือต่อไปนี้แทน: “กลศาสตร์ความบันเทิง”, “คุณรู้ฟิสิกส์ไหม” และนอกจากนี้ หนังสือแยกต่างหากเกี่ยวกับดาราศาสตร์: “ดาราศาสตร์เพื่อความบันเทิง”

พ.ศ. 2479 Y. Perelman

บทที่แรก

กฎพื้นฐานของกลศาสตร์

วิธีการเดินทางที่ถูกที่สุด

Cyrano de Bergerac นักเขียนชาวฝรั่งเศสผู้มีไหวพริบแห่งศตวรรษที่ 17 ในผลงานเสียดสีเรื่อง "History of the States on the Moon" (1652) พูดถึงเหนือสิ่งอื่นใดเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่น่าทึ่งเช่นนี้ซึ่งถูกกล่าวหาว่าเกิดขึ้นกับเขา ในขณะที่ทำการทดลองทางกายภาพ ครั้งหนึ่งเขาถูกยกขึ้นสูงไปในอากาศอย่างไม่อาจเข้าใจได้พร้อมกับขวดของเขา ไม่กี่ชั่วโมงต่อมา เขาก็ลงมาที่พื้นได้อีกครั้ง ด้วยความประหลาดใจ เขาพบว่าตัวเองไม่ได้อยู่ในฝรั่งเศสบ้านเกิดของเขาหรือแม้แต่ในยุโรปอีกต่อไป แต่อยู่บนแผ่นดินใหญ่ของอเมริกาเหนือ ในแคนาดา! อย่างไรก็ตาม นักเขียนชาวฝรั่งเศสรายนี้พบว่าการบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกอย่างไม่คาดคิดของเขาค่อนข้างเป็นธรรมชาติ เขาอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในขณะที่นักเดินทางโดยไม่สมัครใจถูกแยกออกจากพื้นผิวโลก โลกของเรายังคงหมุนไปทางทิศตะวันออก นั่นคือเหตุผลว่าทำไมเมื่อเขาจมลง ทวีปอเมริกาจึงอยู่ใต้เท้าของเขาแทนที่จะเป็นฝรั่งเศส

ดูเหมือนจะเป็นวิธีการเดินทางที่ประหยัดและง่ายจริงๆ! เราจะต้องขึ้นเหนือโลกและอยู่ในอากาศอย่างน้อยสองสามนาทีเพื่อลงมาในสถานที่ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงซึ่งอยู่ไกลออกไปทางทิศตะวันตก แทนที่จะต้องเดินทางอันน่าเบื่อหน่ายข้ามทวีปและมหาสมุทร คุณสามารถลอยอยู่เหนือโลกโดยนิ่งเฉยและรอจนกว่ามันจะเสนอจุดหมายปลายทางให้กับนักเดินทาง

น่าเสียดายที่วิธีการที่น่าทึ่งนี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าจินตนาการ ประการแรก เมื่อลอยขึ้นไปในอากาศ โดยพื้นฐานแล้วเรายังไม่ได้แยกออกจากโลก: เรายังคงเชื่อมต่อกับเปลือกก๊าซของมันซึ่งแขวนอยู่ในชั้นบรรยากาศซึ่งมีส่วนร่วมในการหมุนของโลกรอบแกนของมันด้วย อากาศ (หรือมากกว่านั้นคือชั้นที่ต่ำกว่าและหนาแน่นกว่า) หมุนไปพร้อมกับโลก โดยนำทุกสิ่งที่อยู่ในนั้นไปด้วย เช่น เมฆ เครื่องบิน นกที่บินได้ทั้งหมด แมลง ฯลฯ หากอากาศไม่ได้มีส่วนร่วมในการหมุนของโลก แล้วเมื่อยืนอยู่บนโลกเราจะรู้สึกถึงลมแรงตลอดเวลา เมื่อเทียบกับพายุเฮอริเคนที่เลวร้ายที่สุดจะดูเหมือนเป็นลมพัดเบาๆ) ท้ายที่สุดแล้ว มันไม่มีความแตกต่างอย่างแน่นอนไม่ว่าเราจะยืนนิ่งและอากาศเคลื่อนผ่านเรา หรือในทางกลับกัน อากาศไม่เคลื่อนไหวและเราเคลื่อนตัวเข้าไป ทั้งสองกรณีเราก็รู้สึกถึงลมแรงเหมือนกัน ผู้ขับขี่รถจักรยานยนต์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 100 กม. ต่อชั่วโมงจะรู้สึกถึงลมปะทะที่รุนแรงแม้ในสภาพอากาศสงบสนิท

รูปที่ 1 เป็นไปได้หรือไม่ที่จะเห็นว่าลูกโลกหมุนจากบอลลูนอย่างไร (ตัวเลขไม่ได้มาตราส่วน)

นี่คือสิ่งแรก ประการที่สอง แม้ว่าเราจะสามารถขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศที่สูงที่สุดได้ หรือหากโลกไม่ได้ถูกล้อมรอบด้วยอากาศเลย เราก็ไม่สามารถใช้ประโยชน์จากวิธีการเดินทางราคาถูกอย่างที่นักเสียดสีชาวฝรั่งเศสจินตนาการถึงได้ ในความเป็นจริง เมื่อแยกออกจากพื้นผิวของโลกที่หมุนอยู่ เรายังคงเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเฉื่อยด้วยความเร็วเท่าเดิม นั่นคือที่ความเร็วเดียวกับที่โลกเคลื่อนที่ด้านล่างเรา เมื่อเราลงไปอีกครั้งก็พบว่าตัวเองอยู่ในที่ซึ่งเราเคยพลัดพรากจากกัน เหมือนกับกระโดดขึ้นตู้รถไฟที่กำลังแล่นเราก็กลับมายังที่เดิม จริงอยู่ เราจะเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อยเป็นเส้นตรง (สัมผัส) และโลกด้านล่างของเราจะเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้ง แต่ในช่วงเวลาสั้นๆ สิ่งนี้ก็ไม่เปลี่ยนแปลงอะไร

“เอิร์ธ หยุด!”

เฮอร์เบิร์ต เวลส์ นักเขียนชาวอังกฤษผู้โด่งดังมีเรื่องราวที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเสมียนปาฏิหาริย์ ชายหนุ่มใจแคบมากตามความประสงค์แห่งโชคชะตากลับกลายเป็นเจ้าของของขวัญที่น่าอัศจรรย์: ทันทีที่เขาแสดงความปรารถนาใด ๆ เขาก็สมหวังในทันที อย่างไรก็ตาม ปรากฏว่าของกำนัลที่ดึงดูดใจนั้นไม่ได้ทำให้ทั้งเจ้าของและผู้อื่นได้รับอะไรนอกจากปัญหา การสิ้นสุดของเรื่องนี้เป็นบทเรียนสำหรับเรา

หลังจากดื่มสุรามาทั้งคืน เสมียนปาฏิหาริย์กลัวกลับบ้านตอนรุ่งสางจึงตัดสินใจใช้ของขวัญของเขาเพื่อยืดเวลาค่ำคืนนั้นออกไป ทำอย่างไร? เราต้องสั่งการให้ผู้ทรงคุณวุฒิบนท้องฟ้าหยุดวิ่ง เสมียนไม่ได้ตัดสินใจทันทีเกี่ยวกับความสำเร็จพิเศษเช่นนี้ และเมื่อเพื่อนคนหนึ่งแนะนำให้เขาหยุดดวงจันทร์ เขาก็มองดูเธออย่างระมัดระวังและพูดอย่างครุ่นคิด:

“- สำหรับฉันดูเหมือนว่าเธออยู่ไกลเกินไปสำหรับเรื่องนี้... คุณคิดอย่างไร?

แต่ทำไมไม่ลองล่ะ? - ยืนยัน Meydig (นั่นคือชื่อเพื่อน - Ya.P. ) - แน่นอนว่ามันจะไม่หยุด คุณเพียงแค่หยุดการหมุนของโลกเท่านั้น หวังว่านี่จะไม่ทำร้ายใคร!

อืม” Fotheringay (เสมียน – เย้พี) กล่าว “ตกลง ฉันจะพยายาม” ดี…

เขายืนในท่าบังคับบัญชา ยื่นมือออกไปทั่วโลก และกล่าวอย่างเคร่งขรึมว่า:

โลกหยุด! หยุดหมุน! ก่อนที่เขาจะมีเวลาพูดจบ เพื่อนๆ ก็ได้บินขึ้นไปในอวกาศด้วยความเร็วหลายสิบไมล์ต่อนาทีแล้ว

อย่างไรก็ตามเรื่องนี้เขายังคงคิดต่อไป ภายในเวลาไม่ถึงวินาที เขามีเวลาคิดและแสดงความปรารถนาต่อไปนี้กับตัวเอง:

ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น ขอให้ฉันมีชีวิตอยู่และไม่ได้รับอันตราย!

เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่ยอมรับว่าความปรารถนานี้แสดงออกมาในเวลาที่เหมาะสม อีกไม่กี่วินาที - และเขาก็ล้มลงบนพื้นโลกที่เพิ่งขุดขึ้นมาใหม่และรอบตัวเขาโดยไม่สร้างอันตรายใด ๆ ให้เขาก้อนหินเศษซากอาคารและวัตถุโลหะหลายประเภทพุ่งเข้ามา วัวโชคร้ายบางตัวก็บินมากระแทกพื้นด้วย ลมพัดแรงมาก; เขาไม่สามารถเงยหน้ามองไปรอบๆ ได้

“ไม่เข้าใจ” เขาอุทานด้วยน้ำเสียงแหบแห้ง - เกิดอะไรขึ้น? พายุหรืออะไร? ฉันคงทำอะไรผิดไปแล้ว

เมื่อมองไปรอบๆ เท่าที่ลมและหางที่กระพือปีกของเสื้อแจ็คเก็ตของเขาจะเอื้ออำนวย เขาจึงพูดต่อ:

ทุกอย่างดูเหมือนจะเป็นระเบียบในท้องฟ้า นี่พระจันทร์มาแล้ว.. แล้วอย่างอื่นล่ะ... เมืองอยู่ที่ไหน? บ้านและถนนอยู่ที่ไหน? ลมมาจากไหน? ฉันไม่ได้สั่งให้ลมเป็น

Fotheringay พยายามลุกขึ้นยืน แต่กลับเป็นไปไม่ได้เลย ดังนั้นเขาจึงเดินหน้าต่อไปด้วยขาทั้งสี่ โดยจับก้อนหินและขอบพื้นดินไว้ อย่างไรก็ตาม ไม่มีที่ไหนให้ไป เนื่องจากเท่าที่ใคร ๆ สามารถมองเห็นได้จากใต้หางของแจ็คเก็ต ซึ่งถูกลมพัดผ่านศีรษะของพ่อมดสัตว์เลื้อยคลาน ทุกสิ่งรอบตัวเป็นเพียงภาพของการทำลายล้าง

เขาคิด มีบางสิ่งในจักรวาลที่เลวร้ายร้ายแรง และอะไรก็ไม่รู้แน่ชัด

มันแย่ไปแล้วจริงๆ ไม่มีบ้าน ไม่มีต้นไม้ ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดๆ ไม่มีอะไรปรากฏให้เห็น มีเพียงซากปรักหักพังไร้รูปร่างและเศษชิ้นส่วนต่างๆ วางอยู่รอบๆ แทบมองไม่เห็นท่ามกลางพายุเฮอริเคนฝุ่น

แน่นอนว่าผู้กระทำผิดทั้งหมดนี้ไม่เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้น แต่กระนั้นมันก็อธิบายได้ง่ายมาก เมื่อหยุดโลกทันที Fotheringay ไม่ได้คิดถึงความเฉื่อย แต่เมื่อหยุดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมกะทันหัน มันจะเหวี่ยงทุกสิ่งที่อยู่บนพื้นผิวโลกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นคือเหตุผลที่บ้าน ผู้คน ต้นไม้ สัตว์ โดยทั่วไปแล้วทุกสิ่งที่ไม่เชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับมวลหลักของโลกจึงบินไปสัมผัสพื้นผิวด้วยความเร็วกระสุน แล้วทุกอย่างก็ตกลงสู่พื้นโลกอีกครั้ง แตกออกเป็นชิ้นๆ

โฟเธอริงไกตระหนักว่าปาฏิหาริย์ที่เขาทำนั้นไม่ประสบผลสำเร็จนัก ดังนั้นเขาจึงถูกครอบงำด้วยความรังเกียจอย่างยิ่งต่อปาฏิหาริย์ทุกประเภท และเขาสัญญากับตัวเองว่าจะไม่ทำสิ่งเหล่านั้นอีกต่อไป แต่ก่อนอื่นจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาที่เขาก่อไว้ ปัญหานี้กลายเป็นเรื่องไม่เล็กเลย พายุกำลังโหมกระหน่ำ เมฆฝุ่นปกคลุมดวงจันทร์ และในระยะไกลก็ได้ยินเสียงน้ำที่เข้ามาใกล้ Fotheringhay เห็นสายฟ้าทั้งหมด กำแพงน้ำเคลื่อนตัวด้วยความเร็วอันน่าสยดสยองไปยังจุดที่เขานอนอยู่ เขาตัดสินใจเด็ดขาด

หยุด! - เขาร้องไห้หันไปทางน้ำ - ยังไม่ก้าวไปอีกขั้น!

แล้วทรงกล่าวคำเดิมซ้ำอีกว่า ฟ้าร้อง ฟ้าแลบ และลม

ทุกอย่างเงียบสงบ เขานั่งลงและคิด

เรื่องนี้จะไม่ก่อความวุ่นวายอีกได้อย่างไร เขาคิดแล้วจึงพูดว่า “ประการแรก เมื่อทุกสิ่งที่ข้าพเจ้าสั่งตอนนี้สำเร็จแล้ว ขอให้ข้าพเจ้าสูญเสียความสามารถในการแสดงปาฏิหาริย์และเป็นอย่างคนธรรมดาสามัญ” ไม่จำเป็นต้องปาฏิหาริย์ ของเล่นอันตรายเกินไป ประการที่สอง ขอให้ทุกอย่างเหมือนเดิม เมืองเดิม คนเดิม บ้านเดิม และตัวข้าพเจ้าเองก็ยังเหมือนเดิม”

จดหมายจากเครื่องบิน

ลองจินตนาการว่าคุณอยู่ในเครื่องบินที่บินอยู่เหนือพื้นดินอย่างรวดเร็ว ด้านล่างนี้เป็นสถานที่ที่คุ้นเคย ตอนนี้คุณจะบินข้ามบ้านที่เพื่อนของคุณอาศัยอยู่ “คงจะดีไม่น้อยหากส่งคำทักทายถึงเขา” แวบขึ้นมาในใจของคุณ คุณรีบเขียนคำสองสามคำลงบนกระดาษสมุด ผูกข้อความไว้กับของหนักๆ ซึ่งต่อมาเราจะเรียกว่า "สินค้า" และหลังจากรอสักครู่เมื่อบ้านอยู่ใต้ตัวคุณ คุณก็จะปล่อยสินค้าออกจาก มือของคุณ.

มั่นใจเต็มร้อยว่าภาระจะตกในสวนของบ้านแน่นอน แต่กลับผิดทิศทางทั้งๆ ที่สวนและบ้านอยู่ด้านล่างคุณ!

เมื่อมองดูมันตกลงมาจากเครื่องบิน คุณจะเห็นปรากฏการณ์ประหลาด: น้ำหนักลดลง แต่ในขณะเดียวกันก็ยังคงอยู่ใต้เครื่องบิน ราวกับว่ากำลังเลื่อนไปตามด้ายที่มองไม่เห็นผูกติดอยู่กับมัน และเมื่อบรรทุกถึงพื้นก็จะล้ำหน้ากว่าที่วางแผนไว้มาก

กฎความเฉื่อยแบบเดียวกันนี้ปรากฏที่นี่ ซึ่งป้องกันไม่ให้คุณใช้ประโยชน์จากคำแนะนำที่ดึงดูดใจในการเดินทางในเส้นทางเบอร์เชอแรค ขณะที่สินค้าอยู่บนเครื่องบินก็เคลื่อนย้ายไปพร้อมกับรถ คุณปล่อยเขาไป แต่เมื่อแยกออกจากเครื่องบินและล้มลงแล้วสินค้าก็ไม่สูญเสียความเร็วเดิม แต่ในขณะที่ตกลงมาก็ยังคงเคลื่อนที่ไปในอากาศในทิศทางเดียวกันในเวลาเดียวกัน ทั้งการเคลื่อนไหวในแนวตั้งและแนวนอนรวมกันเพิ่มขึ้น และเป็นผลให้สิ่งของบินลงมาตามเส้นโค้ง โดยอยู่ใต้เครื่องบินตลอดเวลา (เว้นแต่ว่าเครื่องบินจะเปลี่ยนทิศทางหรือความเร็วในการบินเอง) โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งของจะบินในลักษณะเดียวกับที่ลำตัวบินในแนวนอน เช่น กระสุนที่โยนจากปืนในแนวนอน ร่างกายอธิบายเส้นทางคันศร และท้ายที่สุดก็จบลงที่พื้น

โปรดทราบว่าทุกสิ่งที่กล่าวไว้ในที่นี้จะเป็นจริงอย่างแน่นอนหากไม่มีแรงต้านอากาศ ในความเป็นจริงความต้านทานนี้ทำให้การเคลื่อนที่ของสินค้าทั้งแนวตั้งและแนวนอนช้าลงส่งผลให้สินค้าไม่ได้อยู่ใต้เครื่องบินโดยตรงตลอดเวลา แต่จะล่าช้าไปบ้าง

การเบี่ยงเบนจากแนวดิ่งอาจมีนัยสำคัญมากหากเครื่องบินบินสูงและด้วยความเร็วสูง ในสภาพอากาศสงบ สิ่งของที่ตกลงมาจากเครื่องบินที่บินด้วยความเร็ว 100 กม. ต่อชั่วโมงที่ระดับความสูง 1,000 ม. จะตกลงไป 400 เมตรก่อนสถานที่ที่วางอยู่ใต้เครื่องบินในแนวตั้ง (รูปที่ 2)

การคำนวณ (หากเราละเลยแรงต้านของอากาศ) ก็ทำได้ง่าย จากสูตรของเส้นทางที่มีความเร่งสม่ำเสมอ

เราจะได้รับสิ่งนั้น

ซึ่งหมายความว่าจากความสูง 1,000 ม. ก้อนหินจะต้องตกลงไปข้างใน

เช่น 14 วินาที

ช่วงนี้เขาจะมีเวลาเคลื่อนตัวในแนวนอนด้วย

ระเบิด

หลังจากกล่าวมาก็ชัดเจนว่าภารกิจของนักบินทหารที่ได้รับมอบหมายให้ทิ้งระเบิด ณ จุดใดจุดหนึ่งนั้นยากเพียงใด โดยต้องคำนึงถึงความเร็วของเครื่องบิน อิทธิพลของอากาศที่มีต่อตัวเครื่องบินที่ตกลงมา และอีกอย่างคือความเร็วลมด้วย ในรูป 3 มีการแสดงแผนผัง วิธีทางที่แตกต่างอธิบายโดยการทิ้งระเบิดภายใต้เงื่อนไขบางประการ หากไม่มีลม ระเบิดที่หล่นลงมาจะวางตามแนวเส้น AP; เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้ - เราได้อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ด้วยลมพัด ระเบิดจะถูกยกไปข้างหน้าและเคลื่อนที่ ตามเส้นโค้ง AG ด้วยลมปะทะที่มีความแรงปานกลาง ลูกระเบิดจะตกตามเส้นโค้ง AD ถ้าลมด้านบนและด้านล่างเท่ากัน ถ้าลมด้านล่างมีทิศทางตรงกันข้ามกับลมบน (ลมด้านบนและลมด้านล่างมีทิศทางตรงกันข้ามกับลมด้านบน) ด้านล่าง) เส้นโค้งตกจะเปลี่ยนรูปลักษณ์และเปลี่ยนเป็นรูปร่างเส้น A E

รูปที่ 2 สิ่งของที่โยนจากเครื่องบินที่กำลังบินไม่ได้ตกในแนวตั้ง แต่ตกตามทางโค้ง

รูปที่ 3 เส้นทางที่ระเบิดทิ้งจากเครื่องบินตก AR - ในสภาพอากาศสงบ AG - แบบลมพัด, AD - แบบลมพัด, AE - แบบลมพัดด้านบนและลมพัดด้านล่าง

ทางรถไฟไม่หยุด

เมื่อคุณยืนอยู่บนชานชาลาสถานีที่อยู่กับที่และมีรถไฟด่วนวิ่งผ่านไป แน่นอนว่าการกระโดดขึ้นไปบนตู้โดยสารในขณะที่รถไฟกำลังเคลื่อนที่นั้นเป็นเรื่องยุ่งยากแน่นอน แต่ลองจินตนาการว่าชานชาลาด้านล่างคุณกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันและไปในทิศทางเดียวกันกับรถไฟด้วย แล้วจะขึ้นรถยากไหม?

ไม่เลย คุณจะเข้าไปอย่างสงบราวกับรถม้าหยุดนิ่ง เนื่องจากทั้งคุณและรถไฟกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวด้วยความเร็วเท่ากัน ดังนั้นรถไฟจึงหยุดนิ่งสนิทเมื่อเทียบกับคุณ จริงอยู่ล้อของมันหมุนได้ แต่ดูเหมือนว่ามันจะหมุนอยู่กับที่ พูดอย่างเคร่งครัด วัตถุทั้งหมดที่เรามักจะพิจารณาว่าหยุดนิ่ง เช่น รถไฟที่จอดอยู่ที่สถานี เคลื่อนที่ไปกับเรารอบแกนโลกและรอบดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติเราสามารถเพิกเฉยต่อการเคลื่อนไหวนี้ได้ เนื่องจากมันไม่ได้รบกวนเราเลย

ดังนั้นจึงค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะจัดให้มีรถไฟที่วิ่งผ่านสถานีมารับและส่งผู้โดยสารด้วยความเร็วเต็มที่โดยไม่ต้องหยุดรถ อุปกรณ์ประเภทนี้มักได้รับการติดตั้งในนิทรรศการเพื่อให้ประชาชนทั่วไปสามารถดูสถานที่ท่องเที่ยวของตนเองได้อย่างรวดเร็วและสะดวกซึ่งกระจายอยู่ทั่วพื้นที่อันกว้างใหญ่ จุดสูงสุดของพื้นที่จัดแสดงนิทรรศการเปรียบเสมือนริบบิ้นที่ไม่มีที่สิ้นสุด เชื่อมต่อกันด้วยทางรถไฟ ผู้โดยสารสามารถเข้าและออกจากตู้โดยสารได้ตลอดเวลาและทุกที่ในขณะที่รถไฟวิ่งเต็มความเร็ว

อุปกรณ์ที่น่าสงสัยนี้แสดงไว้ในภาพวาดที่แนบมาด้วย ในรูป ตัวอักษร A และ B 4 ตัว ทำเครื่องหมายสถานีชั้นนอกสุด ในแต่ละสถานีจะมีแท่นยืนนิ่งทรงกลมล้อมรอบด้วยจานรูปวงแหวนหมุนขนาดใหญ่ เชือกจะวิ่งไปรอบๆ จานหมุนของทั้งสองสถานีซึ่งมีรถติดอยู่ ตอนนี้ดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อดิสก์หมุน รถจะวิ่งไปรอบๆ ดิสก์ด้วยความเร็วเดียวกับที่ขอบด้านนอกหมุน ดังนั้นผู้โดยสารจึงสามารถเคลื่อนย้ายจากแผ่นดิสก์ไปยังตู้โดยสารได้โดยไม่มีอันตรายแม้แต่น้อยหรือในทางกลับกันก็ออกจากรถไฟ หลังจากออกจากรถม้าแล้ว ผู้โดยสารจะเดินไปตามจานหมุนจนถึงศูนย์กลางของวงกลมจนกระทั่งถึงชานชาลาที่อยู่กับที่ และการย้ายจากขอบด้านในของดิสก์ที่เคลื่อนย้ายไปยังแพลตฟอร์มที่อยู่กับที่ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป เนื่องจากที่นี่ ด้วยรัศมีวงกลมเล็ก ๆ ความเร็วรอบนอกก็เล็กมากเช่นกัน) เมื่อมาถึงชานชาลาคงที่ภายในแล้ว ผู้โดยสารสามารถข้ามสะพานไปยังพื้นด้านนอกได้เท่านั้น ทางรถไฟ(รูปที่ 5)

รูปที่ 4 แผนผังของทางรถไฟที่ไม่หยุดนิ่งระหว่างสถานี A และ B โครงสร้างของสถานีแสดงดังรูปต่อไปนี้

รูปที่ 5. สถานีรถไฟไม่หยุดนิ่ง.

การไม่มีการหยุดบ่อยครั้งส่งผลให้ประหยัดเวลาและพลังงานได้มาก ตัวอย่างเช่น ในรถรางในเมือง เวลาส่วนใหญ่และเกือบสองในสามของพลังงานทั้งหมดถูกใช้ไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปในการเร่งความเร็วเมื่อออกจากสถานีและชะลอความเร็วลงเมื่อหยุด)

ที่สถานีรถไฟ สามารถทำได้แม้ไม่มีแท่นเคลื่อนที่พิเศษ เพื่อรับและลงจากผู้โดยสารในขณะที่รถไฟวิ่งเต็มความเร็ว ลองนึกภาพว่ามีรถไฟด่วนวิ่งผ่านสถานีที่จอดนิ่งธรรมดา เราหวังว่าเขาจะรับผู้โดยสารใหม่ที่นี่โดยไม่หยุด สำหรับตอนนี้ ให้ผู้โดยสารเหล่านี้นั่งบนรถไฟอีกขบวนที่ยืนอยู่บนรางคู่ขนาน และปล่อยให้รถไฟขบวนนี้เริ่มเคลื่อนตัวไปข้างหน้า โดยมีความเร็วเท่ากับรถไฟด่วน เมื่อรถไฟทั้งสองขบวนอยู่เคียงข้างกัน รถไฟทั้งสองขบวนจะไม่เคลื่อนไหวสัมพันธ์กัน แค่โยนข้ามสะพานที่เชื่อมระหว่างรถทั้งสองขบวนก็เพียงพอแล้ว และผู้โดยสารรถไฟเสริมจะสามารถถ่ายโอนไปยังรถไฟส่งสารได้อย่างปลอดภัย . อย่างที่คุณเห็นการหยุดที่สถานีจะกลายเป็นเรื่องไม่จำเป็น

ย้ายทางเท้า

อุปกรณ์อีกชิ้นหนึ่ง ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เฉพาะในงานนิทรรศการเท่านั้น มีพื้นฐานมาจากหลักการสัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่ ซึ่งเรียกว่า "ทางเท้าที่กำลังเคลื่อนที่" พวกเขาถูกนำมาใช้ครั้งแรกในงานนิทรรศการในชิคาโกในปี พ.ศ. 2436 จากนั้นที่งานนิทรรศการโลกปารีสในปี พ.ศ. 2443 นี่คือภาพวาดของอุปกรณ์ดังกล่าว (รูปที่ 6) คุณเห็นช่องทางปิด 5 ช่องทางซึ่งเคลื่อนผ่านกลไกพิเศษ ช่องทางหนึ่งอยู่ข้างในด้วยความเร็วที่ต่างกัน

เลนนอกสุดไปค่อนข้างช้า - ด้วยความเร็วเพียง 5 กม. ต่อชั่วโมง นี่เป็นความเร็วปกติของคนเดินถนน และการเข้าสู่เลนที่คืบคลานช้าๆ เช่นนี้ไม่ใช่เรื่องยาก ถัดจากนั้นด้านในมีเลนที่สองวิ่งด้วยความเร็ว 10 กม. ต่อชั่วโมง การกระโดดขึ้นไปจากถนนที่อยู่นิ่งๆ อาจเป็นอันตรายได้ แต่การกระโดดจากหน้าแรกไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ อันที่จริง: สัมพันธ์กับแถบแรกนี้คลานด้วยความเร็ว 5 กม. ส่วนที่สองวิ่งด้วยความเร็ว 10 กม. ต่อชั่วโมงทำได้เพียง 5 กม. ต่อชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าการย้ายจากที่หนึ่งไปที่สองนั้นง่ายพอๆ กับการย้ายจากพื้นดินไปยังที่หนึ่ง เลนที่สามกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 15 กม. ต่อชั่วโมงอยู่แล้ว แต่แน่นอนว่าไม่ใช่เรื่องยากที่จะเปลี่ยนจากเลนที่สอง มันง่ายพอๆ กันที่จะย้ายจากเลนที่สามไปยังเลนถัดไป เลนที่สี่ โดยวิ่งด้วยความเร็ว 20 กม./ชม. และสุดท้ายจากที่นั่นไปยังเลนที่ห้า ก็วิ่งด้วยความเร็ว 25 กม./ชม. แล้ว เลนที่ห้านี้จะพาผู้โดยสารไปยังจุดที่เขาต้องการ จากที่นี่ เคลื่อนตัวกลับจากแถบหนึ่งไปอีกแถบหนึ่งอย่างต่อเนื่อง เขาตกลงบนพื้นที่ไม่เคลื่อนไหว

รูปที่ 6 การเคลื่อนย้ายทางเท้า

กฎหมายที่ยากลำบาก

ไม่มีกฎพื้นฐานของกลศาสตร์สามข้อใดที่อาจทำให้เกิดความสับสนได้มากเท่ากับ "กฎข้อที่สามของนิวตัน" อันโด่งดัง - กฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยา ทุกคนรู้ พวกเขารู้วิธีใช้อย่างถูกต้องแม้ในกรณีอื่นๆ และมีเพียงไม่กี่คนที่ปราศจากความคลุมเครือในความเข้าใจ บางทีผู้อ่านคุณโชคดีพอที่จะเข้าใจเขาในทันที แต่ฉันขอสารภาพว่าฉันเข้าใจเขาอย่างถ่องแท้เพียงสิบปีหลังจากที่ฉันรู้จักเขาครั้งแรก

เมื่อพูดคุยกับผู้คนต่าง ๆ ฉันเชื่อมั่นมากกว่าหนึ่งครั้งว่าคนส่วนใหญ่พร้อมที่จะยอมรับความถูกต้องของกฎหมายนี้เฉพาะในกรณีที่มีข้อสงวนที่สำคัญเท่านั้น พวกเขายอมรับอย่างพร้อมเพรียงว่ามันเป็นเรื่องจริงสำหรับวัตถุที่ไม่เคลื่อนไหว แต่พวกเขาไม่เข้าใจว่าจะสามารถนำไปใช้กับปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนไหวได้อย่างไร... กฎหมายกล่าวว่าการกระทำนั้นเท่าเทียมกันเสมอและตรงกันข้ามกับปฏิกิริยา ซึ่งหมายความว่าหากม้าดึงเกวียน เกวียนก็จะดึงม้ากลับด้วยแรงเท่าเดิม แต่แล้วรถเข็นก็ต้องอยู่กับที่ ทำไมมันถึงยังเคลื่อนไหวอยู่? เหตุใดกองกำลังเหล่านี้จึงไม่สมดุลซึ่งกันและกันหากพวกมันเท่ากัน?

สิ่งเหล่านี้เป็นความฉงนสนเท่ห์ตามปกติที่เกี่ยวข้องกับกฎหมายนี้ แล้วกฎหมายผิดไหม? ไม่ เขาเป็นเรื่องจริงอย่างแน่นอน เราแค่เข้าใจผิด พลังไม่ได้สร้างสมดุลซึ่งกันและกันเพียงเพราะมันถูกนำไปใช้กับวัตถุที่แตกต่างกัน: แรงหนึ่งกับเกวียน และอีกแรงหนึ่งกับม้า แรงเท่ากันใช่แล้ว แต่แรงเท่ากันจะให้ผลเท่ากันเสมอหรือไม่? แรงที่เท่ากันให้ความเร่งเท่ากันแก่ทุกวัตถุหรือไม่? ผลกระทบของแรงที่มีต่อร่างกายนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับร่างกายหรือกับปริมาณ "ความต้านทาน" ที่ร่างกายสร้างให้กับพลังนั้นไม่ใช่หรือ?

หากคุณลองคิดดู ก็จะชัดเจนว่าเหตุใดม้าจึงลากเกวียน แม้ว่าเกวียนจะดึงเขากลับด้วยแรงเท่าเดิมก็ตาม แรงที่กระทำต่อเกวียนและแรงที่กระทำต่อม้ามีค่าเท่ากันในแต่ละช่วงเวลา แต่เนื่องจากเกวียนเคลื่อนที่อย่างอิสระบนล้อ และม้าก็วางอยู่บนพื้น จึงเป็นที่เข้าใจได้ว่าเหตุใดเกวียนจึงกลิ้งเข้าหาม้า ลองคิดดูว่าถ้ารถเข็นไม่มีแรงต้านจะเป็นอย่างไร แรงผลักดันม้า ถ้าอย่างนั้น... ก็สามารถทำได้โดยไม่มีม้า แรงที่อ่อนแอที่สุดจะต้องทำให้เกวียนเคลื่อนที่ ม้าจึงจำเป็นต้องเอาชนะการต่อต้านของเกวียน

ทั้งหมดนี้จะเป็นที่เข้าใจได้ดีขึ้นและจะทำให้เกิดความสับสนน้อยลงหากกฎหมายไม่ได้แสดงออกมาในรูปแบบสั้น ๆ ตามปกติ: "การกระทำเท่ากับปฏิกิริยา" แต่เช่นนี้: "พลังของฝ่ายตรงข้ามเท่ากับการกระทำ" บังคับ." ท้ายที่สุดแล้ว มีเพียงกองกำลังเท่านั้นที่เท่ากัน แต่การกระทำ (ถ้าเราเข้าใจ ดังที่เข้าใจกันทั่วไปว่าการเคลื่อนไหวของร่างกายด้วย "การกระทำของแรง") มักจะแตกต่างกัน เนื่องจากแรงถูกนำไปใช้กับวัตถุที่แตกต่างกัน

เหมือนกันเลยเมื่อกี้ น้ำแข็งขั้วโลกพวกเขาบีบตัวเรือของ Chelyuskin ด้านข้างกดลงบนน้ำแข็งด้วยแรงเท่ากัน ภัยพิบัติเกิดขึ้นเพราะน้ำแข็งทรงพลังสามารถทนต่อแรงกดดันดังกล่าวได้โดยไม่พังทลาย ตัวเรือแม้ว่าจะทำจากเหล็ก แต่ไม่ใช่ตัวถังที่แข็งแกร่ง แต่ก็ต้องยอมจำนนต่อแรงนี้ แต่ก็ถูกบดขยี้และถูกบดขยี้ (รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสาเหตุทางกายภาพของการเสียชีวิตของ "Chelyuskin" มีอธิบายเพิ่มเติมในบทความแยกต่างหากในหน้า 44)

แม้แต่การล้มลงของร่างกายก็ยังปฏิบัติตามกฎแห่งปฏิกิริยาอย่างเคร่งครัด ลูกแอปเปิ้ลตกลงสู่พื้นโลกเพราะถูกดึงดูดโดยลูกโลก แต่ด้วยแรงที่เท่ากันแอปเปิ้ลจึงดึงดูดโลกทั้งใบของเราเข้าหาตัวมันเอง พูดอย่างเคร่งครัด แอปเปิ้ลและโลกตกลงมาซึ่งกันและกัน แต่ความเร็วของการตกลงครั้งนี้แตกต่างกันสำหรับแอปเปิ้ลและโลก แรงดึงดูดซึ่งกันและกันที่เท่ากันจะทำให้แอปเปิ้ลมีความเร่ง 10 m/sec2 และโลกมีความเร่งเท่ากันกับมวลของโลกที่มากกว่ามวลของแอปเปิ้ล แน่นอนว่ามวลของโลกนั้นมากกว่ามวลแอปเปิ้ลเป็นจำนวนอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นโลกจึงได้รับการกระจัดที่ไม่มีนัยสำคัญมากจนแทบจะถือได้ว่าเท่ากับศูนย์ในทางปฏิบัติ นั่นคือเหตุผลที่เราบอกว่าแอปเปิ้ลตกลงสู่พื้นโลก แทนที่จะพูดว่า: "แอปเปิลและโลกตกลงมาทับกัน")

ทำไมฮีโร่ Svyatogor ถึงตาย?

จำมหากาพย์พื้นบ้านเกี่ยวกับฮีโร่ Svyatogor ที่ตัดสินใจยกโลกได้ไหม? ตามตำนานแล้ว อาร์คิมิดีสก็พร้อมที่จะบรรลุผลสำเร็จเช่นเดียวกันและเรียกร้องให้มีจุดศูนย์กลางในการใช้ประโยชน์ของเขา แต่ Svyatogor นั้นแข็งแกร่งแม้จะไม่มีอำนาจก็ตาม เขาเพียงแต่มองหาบางสิ่งบางอย่างที่จะคว้าไว้ บางสิ่งบางอย่างที่จะยื่นมืออันกล้าหาญของเขาไป “ทันทีที่ฉันพบแรงฉุด ฉันจะยกโลกทั้งใบ!” โอกาสปรากฏ: ฮีโร่พบ "ถุงอาน" บนพื้นซึ่ง "จะไม่ซ่อนจะไม่พับจะไม่ลุกขึ้น"

ถ้าสเวียโตกอร์รู้กฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยา เขาคงจะตระหนักได้เช่นนั้น ความแข็งแกร่งของวีรบุรุษเขาเมื่อนำไปใช้กับโลกจะทำให้เกิดแรงต้านที่เท่าเทียมกันและมีขนาดใหญ่พอ ๆ กันซึ่งสามารถดึงเขาเข้าสู่โลกได้

ไม่ว่าในกรณีใด เป็นที่ชัดเจนจากมหากาพย์ว่าการสังเกตที่ได้รับความนิยมได้สังเกตเห็นการต่อต้านที่โลกทำมานานแล้วเมื่อพวกเขาพิงมัน ผู้คนใช้กฎปฏิกิริยาโดยไม่รู้ตัวเป็นเวลาหลายพันปีก่อนที่นิวตันจะประกาศกฎนี้เป็นครั้งแรกในหนังสืออมตะของเขาเรื่อง The Mathematical Foundations of Natural Philosophy (นั่นคือ ฟิสิกส์)

เป็นไปได้ไหมที่จะเคลื่อนไหวโดยไม่มีการสนับสนุน?

เวลาเดินเราจะดันเท้าออกจากพื้นหรือพื้น คุณไม่สามารถเดินบนพื้นเรียบมากหรือบนน้ำแข็งซึ่งเท้าของคุณไม่สามารถดันออกไปได้ เมื่อเคลื่อนที่ หัวรถจักรจะถูกผลักออกจากรางโดยล้อ "ขับเคลื่อน": หากรางหล่อลื่นด้วยน้ำมัน หัวรถจักรก็จะยังคงอยู่ในสถานที่ บางครั้งแม้ (ในสภาพน้ำแข็ง) เพื่อที่จะเคลื่อนย้ายรถไฟ รางที่อยู่หน้าล้อขับเคลื่อนของหัวรถจักรก็ถูกโรยด้วยทรายจากอุปกรณ์พิเศษ เมื่อล้อและราง (ในยามรุ่งสางของทางรถไฟ) ถูกสร้างขึ้นด้วยเกียร์ สันนิษฐานว่าล้อควรดันออกจากราง เรือกลไฟถูกผลักออกจากน้ำด้วยใบพัดของล้อด้านข้างหรือใบพัด เครื่องบินยังดันออกจากอากาศโดยใช้ใบพัด กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่เข้ามาโดยใช้สื่อชนิดใด วัตถุนั้นจะต้องอาศัยวัตถุนั้นในระหว่างการเคลื่อนที่ แต่ร่างกายสามารถเริ่มเคลื่อนไหวโดยไม่ต้องมีสิ่งค้ำจุนจากภายนอกได้หรือไม่?

ดูเหมือนว่าการพยายามเคลื่อนไหวเช่นนั้นก็เหมือนกับการพยายามยกผมขึ้น ดังที่ทราบกันดีว่าความพยายามดังกล่าวประสบความสำเร็จเฉพาะกับบารอน Munchausen เท่านั้น ในขณะเดียวกัน มันเป็นการเคลื่อนไหวที่ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ซึ่งมักเกิดขึ้นต่อหน้าต่อตาเรา จริงอยู่ ร่างกายไม่สามารถทำให้ตัวเองเคลื่อนไหวโดยสิ้นเชิงด้วยแรงภายในเพียงอย่างเดียว แต่สามารถบังคับบางส่วนของสสารให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว และส่วนที่เหลือไปในทิศทางตรงกันข้าม คุณเคยเห็นจรวดบินได้กี่ครั้ง แต่คุณเคยคิดเกี่ยวกับคำถามที่ว่า ทำไมมันถึงบินได้? ในจรวดเรามีตัวอย่างที่ชัดเจนของการเคลื่อนไหวที่เราสนใจในขณะนี้

ทำไมจรวดจึงบินขึ้น?

แม้แต่ในหมู่คนที่ศึกษาฟิสิกส์ ก็มักจะได้ยินคำอธิบายที่ผิดอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับการบินของจรวด นั่นคือ มันบินเพราะมันถูกผลักออกจากอากาศด้วยก๊าซที่ก่อตัวขึ้นเมื่อดินปืนไหม้อยู่ในนั้น นั่นคือสิ่งที่พวกเขาคิดในสมัยก่อน (จรวดเป็นสิ่งประดิษฐ์เก่า) อย่างไรก็ตาม หากคุณยิงจรวดในอวกาศที่ไม่มีอากาศ มันจะบินได้ไม่แย่กว่าหรือดีกว่าในอากาศด้วยซ้ำ เหตุผลที่แท้จริงของการเคลื่อนที่ของจรวดนั้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง Kibalchich นักปฏิวัติคนแรกในเดือนมีนาคมระบุไว้อย่างชัดเจนและเรียบง่ายในบันทึกการฆ่าตัวตายของเขาเกี่ยวกับเครื่องบินที่เขาประดิษฐ์ขึ้น เขาอธิบายการออกแบบขีปนาวุธต่อสู้ว่า:

“ในกระบอกดีบุก ปิดที่ฐานหนึ่งและเปิดอีกฐานหนึ่ง กระบอกดินปืนอัดแน่นถูกสอดเข้าไปอย่างแน่นหนา โดยมีช่องว่างในรูปของช่องตามแนวแกนของมัน การเผาไหม้ของดินปืนเริ่มต้นจากพื้นผิวของช่องนี้และแพร่กระจายไปยังพื้นผิวด้านนอกของดินปืนที่ถูกอัดในช่วงเวลาหนึ่ง ก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้จะสร้างแรงกดดันในทุกทิศทาง แต่แรงดันด้านข้างของก๊าซมีความสมดุลซึ่งกันและกัน ในขณะที่ความดันที่ด้านล่างของเปลือกดีบุกที่เป็นดินปืนซึ่งไม่สมดุลกับแรงดันตรงกันข้าม (เนื่องจากก๊าซมีทางออกอิสระในทิศทางนี้) จึงผลักจรวดไปข้างหน้า”

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นี่เช่นเดียวกับเมื่อมีการยิงปืนใหญ่: กระสุนปืนบินไปข้างหน้า และปืนใหญ่เองก็ถูกผลักกลับไป จำ "การหดตัว" ของปืนและอาวุธปืนโดยทั่วไป! ถ้าปืนใหญ่ลอยอยู่ในอากาศโดยไม่มีอะไรค้ำจุนไว้ หลังจากยิงออกไป มันจะเคลื่อนไปข้างหลังด้วยความเร็วที่แน่นอนซึ่งน้อยกว่าความเร็วของกระสุนปืนเท่ากันกี่เท่า กระสุนเบากว่าปืนใหญ่กี่เท่า ตัวมันเอง ในนวนิยายวิทยาศาสตร์ของ Jules Verne เรื่อง "Upside Down" ชาวอเมริกันถึงกับตัดสินใจใช้แรงถีบกลับของปืนใหญ่ขนาดมหึมาเพื่อดำเนินการอันยิ่งใหญ่ - "ปรับแกนโลกให้ตรง"

จรวดก็คือปืนใหญ่ชนิดเดียวกัน เพียงแต่ไม่พ่นกระสุน แต่เป็นก๊าซผง ด้วยเหตุผลเดียวกันสิ่งที่เรียกว่า "วงล้อจีน" หมุนซึ่งคุณอาจบังเอิญชื่นชมเมื่อจุดดอกไม้ไฟ: เมื่อดินปืนไหม้ในท่อที่ติดอยู่กับวงล้อ ก๊าซจะไหลออกไปในทิศทางเดียวและตัวท่อเอง (และด้วย พวกเขาล้อ) ให้เคลื่อนไหวตรงกันข้าม โดยพื้นฐานแล้วนี่เป็นเพียงการดัดแปลงอุปกรณ์ทางกายภาพที่รู้จักกันดี - วงล้อ Segner

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าก่อนการประดิษฐ์เรือกลไฟมีการออกแบบเรือกลที่มีพื้นฐานมาจากจุดเริ่มต้นเดียวกัน ควรปล่อยน้ำบนเรือโดยใช้ปั๊มแรงดันสูงที่ท้ายเรือ เป็นผลให้เรือต้องเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เช่นเดียวกับกระป๋องลอยน้ำที่มีอยู่เพื่อพิสูจน์หลักการที่เป็นปัญหาในห้องเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียน โครงการนี้ (เสนอโดย Remsey) ไม่ได้ถูกนำมาใช้ แต่มีบทบาทที่รู้จักกันดีในการประดิษฐ์เรือกลไฟ เนื่องจากทำให้ Fulton มีความคิดของเขา

รูปที่ 7 ที่เก่าแก่ที่สุด เครื่องจักรไอน้ำ(กังหัน) ประกอบกับนกกระสาแห่งอเล็กซานเดรีย (ศตวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราช)

รูปที่ 8 รถจักรไอน้ำประกอบกับนิวตัน

รูปที่ 9 เรือกลไฟของเล่นที่ทำจากกระดาษและเปลือกไข่ เชื้อเพลิงคือแอลกอฮอล์ที่เทลงในปลอกนิ้ว ไอน้ำที่ออกมาจากรูใน “หม้อต้มไอน้ำ” (ไข่ที่ถูกเป่า) ทำให้เรือกลไฟแล่นไปในทิศทางตรงกันข้าม

นอกจากนี้เรายังทราบด้วยว่าเครื่องจักรไอน้ำที่เก่าแก่ที่สุดซึ่งประดิษฐ์โดย Heron of Alexandria ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 2 ก่อนคริสต์ศักราช ได้รับการออกแบบบนหลักการเดียวกัน: ไอน้ำจากหม้อไอน้ำ (รูปที่ 7) ไหลผ่านท่อเข้าไปในลูกบอลที่ติดตั้งบนแกนนอน ; จากนั้นไหลออกจากท่อข้อเหวี่ยง ไอน้ำดันท่อเหล่านี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม และลูกบอลก็เริ่มหมุน น่าเสียดายที่กังหันไอน้ำของนกกระสาในสมัยโบราณยังคงเป็นเพียงของเล่นที่น่าสงสัยเนื่องจากแรงงานทาสที่มีราคาถูกไม่ได้สนับสนุนให้ใครนำเครื่องจักรไปใช้งานจริง แต่เทคโนโลยีไม่ได้ละทิ้งหลักการ: ในยุคของเรามันถูกใช้ในการก่อสร้างกังหันไอพ่น

นิวตัน ผู้เขียนกฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยา ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในการออกแบบรถไอน้ำในยุคแรกๆ โดยมีหลักการเดียวกัน นั่นคือ ไอน้ำจากหม้อต้มน้ำที่วางอยู่บนล้อจะพุ่งออกไปในทิศทางเดียว และตัวหม้อต้มเองก็ครบกำหนด เพื่อหดตัวให้หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 8) .

รถจรวดซึ่งเป็นการทดลองที่เขียนกันอย่างแพร่หลายในปี พ.ศ. 2471 ในหนังสือพิมพ์และนิตยสาร เป็นการดัดแปลงรถม้าของนิวตันให้ทันสมัย

สำหรับผู้ที่ชอบงานฝีมือ นี่คือภาพวาดของเรือกลไฟกระดาษ ซึ่งคล้ายกับรถม้าของนิวตันมาก โดยในหม้อต้มไอน้ำ ไอน้ำจะเกิดขึ้นจากไข่เปล่า อุ่นด้วยสำลีชุบแอลกอฮอล์ในปลอกนิ้ว หลบหนีเป็นกระแสไปในทิศทางเดียว มันบังคับให้เรือกลไฟทั้งหมดเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม อย่างไรก็ตาม การสร้างของเล่นที่ให้คำแนะนำนี้ต้องใช้มือที่เชี่ยวชาญมาก

ปลาหมึกเคลื่อนไหวอย่างไร?

คงจะแปลกสำหรับคุณที่ได้ยินว่ามีสิ่งมีชีวิตจำนวนไม่น้อยที่การ "ยกขน" ในจินตนาการเป็นวิธีการเคลื่อนที่ตามปกติของพวกมันในน้ำ

รูปที่ 10 การเคลื่อนไหวว่ายน้ำของปลาหมึก

ปลาหมึกและโดยทั่วไปแล้วปลาหมึกส่วนใหญ่เคลื่อนที่ในน้ำในลักษณะนี้: พวกมันนำน้ำเข้าไปในช่องเหงือกผ่านช่องด้านข้างและช่องทางพิเศษที่ด้านหน้าของร่างกายจากนั้นจึงเหวี่ยงกระแสน้ำออกไปอย่างกระตือรือร้นผ่านช่องทางดังกล่าว ในเวลาเดียวกันตามกฎของปฏิกิริยา พวกเขาได้รับการผลักถอยหลังเพียงพอที่จะว่ายได้เร็วโดยหันหลังของร่างกายไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ปลาหมึกสามารถบังคับท่อกรวยไปทางด้านข้างหรือด้านหลัง และบีบน้ำออกจากท่ออย่างรวดเร็ว และเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้

การเคลื่อนไหวของแมงกะพรุนนั้นมีพื้นฐานมาจากสิ่งเดียวกัน: โดยการเกร็งกล้ามเนื้อ มันจะผลักน้ำออกจากใต้ร่างรูประฆัง และได้รับการผลักไปในทิศทางตรงกันข้าม เทคนิคที่คล้ายกันนี้ใช้เมื่อเคลื่อนที่โดยน้ำเค็ม ตัวอ่อนของแมลงปอ และสัตว์น้ำอื่นๆ และเรายังสงสัยว่าจะเคลื่อนไหวแบบนั้นได้ไหม!

อะไรจะน่าดึงดูดใจไปกว่าการจากโลกไปและเดินทางข้ามจักรวาลอันกว้างใหญ่ บินจากโลกสู่ดวงจันทร์ จากดาวดวงหนึ่งสู่ดาวดวงหนึ่ง? มีการเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ในหัวข้อนี้กี่เรื่อง! ใครยังไม่ได้พาเราเดินทางสู่จินตนาการผ่านเทห์ฟากฟ้า! วอลแตร์ใน Micromegas, Jules Verne ใน A Trip to the Moon และ Hector Servadac, Wells ใน The First Men on the Moon และผู้ลอกเลียนแบบหลายคนได้เดินทางที่น่าสนใจที่สุดไปยังเทห์ฟากฟ้า - แน่นอนว่าอยู่ในความฝันของพวกเขา

ไม่มีทางจะทำให้ความฝันอันยาวนานนี้เป็นจริงได้จริงหรือ? โครงการอันชาญฉลาดทั้งหมดที่ปรากฎในนิยายมีความสมจริงที่น่าดึงดูดเช่นนี้เป็นไปไม่ได้จริงหรือ? ในอนาคตเราจะพูดถึงโครงการมหัศจรรย์การเดินทางระหว่างดาวเคราะห์มากขึ้น ตอนนี้เรามาทำความรู้จักกับโครงการที่แท้จริงของเที่ยวบินดังกล่าวซึ่งเสนอครั้งแรกโดย K. E. Tsiolkovsky เพื่อนร่วมชาติของเรา

เป็นไปได้ไหมที่จะบินไปดวงจันทร์โดยเครื่องบิน? ไม่แน่นอน: เครื่องบินและเรือเหาะเคลื่อนที่เพียงเพราะต้องอาศัยอากาศ ถูกผลักออกไปจากอากาศ และไม่มีอากาศระหว่างโลกกับดวงจันทร์ ในอวกาศ โดยทั่วไปไม่มีตัวกลางที่มีความหนาแน่นเพียงพอสำหรับ "เรือเหาะระหว่างดาวเคราะห์" ที่จะพึ่งพาได้ ซึ่งหมายความว่าเราจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่สามารถเคลื่อนย้ายและควบคุมได้โดยไม่ต้องพึ่งพาสิ่งใดเลย

เราคุ้นเคยกับกระสุนปืนที่คล้ายกันในรูปแบบของของเล่นแล้ว - จรวด ทำไมไม่สร้างจรวดขนาดใหญ่ที่มีห้องพิเศษสำหรับคน อาหาร ถังลม และทุกอย่างล่ะ ลองนึกภาพว่าผู้คนในจรวดกำลังถือสารไวไฟจำนวนมากติดตัวไปด้วยพวกเขาสามารถควบคุมการไหลของก๊าซที่ระเบิดได้ในทิศทางใดก็ได้ คุณจะได้รับเรือบนท้องฟ้าที่ควบคุมได้จริงซึ่งคุณสามารถล่องเรือในมหาสมุทรแห่งอวกาศจักรวาล บินไปยังดวงจันทร์ ไปยังดาวเคราะห์... ผู้โดยสารจะสามารถเพิ่มความเร็วของเรือเหาะระหว่างดาวเคราะห์ได้ด้วยการควบคุมการระเบิด ความค่อยเป็นค่อยไปที่จำเป็นเพื่อให้ความเร็วที่เพิ่มขึ้นไม่เป็นอันตรายต่อพวกเขา หากพวกเขาต้องการลงไปยังดาวเคราะห์ดวงใดดวงหนึ่ง พวกเขาสามารถค่อยๆ ลดความเร็วของกระสุนปืนลงได้โดยการหมุนเรือ และทำให้การตกลดลง ในที่สุดผู้โดยสารก็สามารถกลับมายังโลกได้ในลักษณะเดียวกัน

รูปที่ 11 โครงการเรือเหาะระหว่างดาวเคราะห์ที่ออกแบบเหมือนจรวด

ขอให้เราจำไว้ว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้การบินได้กำไรอย่างขี้อายเป็นครั้งแรกเพียงใด และตอนนี้เครื่องบินก็บินสูงขึ้นไปในอากาศแล้ว บินเหนือภูเขา ทะเลทราย ทวีป และมหาสมุทร บางที “การสำรวจอวกาศ” อาจจะบานสะพรั่งงดงามเหมือนเดิมในอีกสองหรือสามทศวรรษ? จากนั้นมนุษย์จะทำลายโซ่ตรวนที่มองไม่เห็นซึ่งล่ามโซ่เขาไว้กับดาวเคราะห์บ้านเกิดของเขาเป็นเวลานาน และพุ่งเข้าสู่จักรวาลอันกว้างใหญ่อันไร้ขอบเขต

บทที่สอง

บังคับ. งาน. แรงเสียดทาน

ปัญหาหงส์ กั้ง และหอก

เรื่องราวของ "หงส์ กั้ง และหอกเริ่มแบกสัมภาระ" เป็นที่รู้จักของทุกคน แต่แทบไม่มีใครพยายามพิจารณานิทานเรื่องนี้จากมุมมองทางกล ผลลัพธ์ที่ได้ไม่เหมือนกับบทสรุปของ Krylov ผู้คลั่งไคล้เลย

ก่อนหน้าเราคือปัญหาทางกลที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มแรงหลายอย่างที่ทำมุมกัน ทิศทางของแรงถูกกำหนดไว้ในนิทานดังนี้:

... หงส์รีบวิ่งเข้าไปในก้อนเมฆ

กุ้งเครย์ฟิชเคลื่อนตัวกลับ และหอกก็ดึงตัวลงไปในน้ำ

ซึ่งหมายความว่า (รูปที่ 12) แรงหนึ่งซึ่งก็คือแรงผลักของหงส์นั้นพุ่งขึ้นด้านบน อีกอันหนึ่งคือหอกแทง (OV) - ด้านข้าง; ประการที่สาม แรงขับของมะเร็ง (CR) - ด้านหลัง อย่าลืมว่ามีแรงที่สี่ - น้ำหนักของรถเข็นซึ่งชี้ลงในแนวตั้งลง นิทานเล่าว่า "รถเข็นยังคงอยู่ตรงนั้น" หรืออีกนัยหนึ่งก็คือ ผลลัพธ์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อรถเข็นนั้นมีค่าเท่ากับศูนย์

เป็นอย่างนั้นเหรอ? มาดูกัน. หงส์ที่วิ่งเข้าหาเมฆไม่รบกวนการทำงานของกั้งและหอกและยังช่วยพวกมันอีกด้วย: แรงขับของหงส์ซึ่งพุ่งเข้าหาแรงโน้มถ่วงช่วยลดแรงเสียดทานของล้อบนพื้นดินและบนเพลาซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักของ รถเข็นและบางทีอาจปรับสมดุลได้อย่างสมบูรณ์ - เนื่องจากน้ำหนักบรรทุกมีน้อย (“ กระเป๋าจะดูเบาสำหรับพวกเขา”) สมมติว่าในกรณีสุดท้ายเพื่อความเรียบง่าย เราจะเห็นว่ามีเพียงสองแรงเท่านั้น: แรงขับของกั้งและแรงขับของหอก ว่ากันว่าทิศทางของพลังเหล่านี้ว่า “กั้งจะเคลื่อนตัวกลับ และหอกจะดึงลงไปในน้ำ” ดำเนินไปโดยไม่ได้บอกว่าน้ำไม่ได้อยู่หน้าเกวียน แต่อยู่ที่ใดที่หนึ่งด้านข้าง (คนงานของ Krylov จะไม่จมเกวียน!) ซึ่งหมายความว่าแรงของกั้งและหอกนั้นพุ่งเข้าหากันในมุมหนึ่ง หากแรงที่ใช้ไม่อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่สามารถเท่ากับศูนย์ในทางใดทางหนึ่งได้

รูปที่ 12 ปัญหาของหงส์ กั้ง และหอกของครีลอฟ แก้ไขได้ตามกฎของกลศาสตร์ ผลลัพธ์ (OD) ควรลากเกวียนลงแม่น้ำ

ตามกฎของกลศาสตร์เราสร้างสี่เหลี่ยมด้านขนานทั้งแรง OB และ OS โดย OD ในแนวทแยงจะให้ทิศทางและขนาดของผลลัพธ์ เห็นได้ชัดว่าแรงที่เกิดขึ้นนี้จะต้องเคลื่อนรถเข็นออกจากที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำหนักของมันถูกสมดุลทั้งหมดหรือบางส่วนด้วยแรงขับของหงส์ คำถามอีกข้อคือรถเข็นจะเคลื่อนไปในทิศทางใด: ไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือไปด้านข้าง? ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงและขนาดของมุมระหว่างแรงเหล่านั้น

ผู้อ่านที่ได้ฝึกฝนการเพิ่มและขยายกำลังจะเข้าใจได้ง่ายในกรณีที่พลังของหงส์ไม่สมดุลกับน้ำหนักของรถเข็น พวกเขาจะมั่นใจว่ารถเข็นไม่สามารถนิ่งเฉยได้แม้ในขณะนั้น ภายใต้เงื่อนไขเดียวเท่านั้น รถเข็นไม่สามารถเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงทั้งสามนี้: หากแรงเสียดทานที่แกนและกับพื้นผิวถนนมากกว่าแรงที่ใช้ แต่สิ่งนี้ไม่เห็นด้วยกับข้อความที่ว่า “กระเป๋าเดินทางจะดูเบาสำหรับพวกเขา”

ไม่ว่าในกรณีใด Krylov ไม่สามารถยืนยันได้อย่างมั่นใจว่า "สิ่งต่าง ๆ ยังคงเคลื่อนไหว" ว่า "สิ่งต่าง ๆ ยังคงอยู่ที่นั่น" อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนความหมายของนิทาน

ตรงกันข้ามกับ Krylov

เราเพิ่งเห็นว่ากฎประจำวันของ Krylov: "เมื่อไม่มีข้อตกลงระหว่างสหายสิ่งต่าง ๆ จะไม่เป็นไปด้วยดีสำหรับพวกเขา" ไม่สามารถใช้ได้กับกลไกเสมอไป กองกำลังสามารถถูกบังคับทิศทางได้มากกว่าหนึ่งทิศทางและถึงกระนั้นก็ให้ผลลัพธ์ที่แน่นอน

มีคนไม่กี่คนที่รู้ว่าคนทำงานหนัก - มดซึ่ง Krylov คนเดียวกันได้รับการยกย่องว่าเป็นคนงานที่เป็นแบบอย่างทำงานร่วมกันได้อย่างแม่นยำในลักษณะที่ถูกเยาะเย้ยโดยผู้คลั่งไคล้ และโดยทั่วไปแล้วสิ่งต่างๆ จะเป็นไปด้วยดีสำหรับพวกเขา กฎแห่งการบวกกำลังเข้ามาช่วยเหลืออีกครั้ง ด้วยการเฝ้าดูมดอย่างระมัดระวังในขณะที่พวกมันทำงาน คุณจะพบว่าความร่วมมืออันชาญฉลาดของพวกมันนั้นชัดเจนเท่านั้น ที่จริงแล้ว มดแต่ละตัวทำงานเพื่อตัวมันเองโดยไม่ต้องคิดที่จะช่วยเหลือผู้อื่นด้วยซ้ำ

นักสัตววิทยาคนหนึ่งอธิบายการทำงานของมดดังนี้:

“ถ้ามดหลายสิบตัวลากเหยื่อขนาดใหญ่ข้ามพื้นดิน ทุกคนก็ทำเช่นเดียวกัน และผลลัพธ์ก็คือการร่วมมือกัน แต่เหยื่อ - เช่นหนอนผีเสื้อ - ติดอยู่กับสิ่งกีดขวางบางอย่างบนก้านหญ้าบนก้อนกรวด คุณไม่สามารถลากมันไปข้างหน้าได้ คุณต้องอ้อมมันไป และนี่คือการเปิดเผยอย่างชัดเจนว่ามดแต่ละตัวพยายามรับมือกับสิ่งกีดขวางด้วยวิธีของตัวเองและไม่สอดคล้องกับสหายคนใดเลย (รูปที่ 13 และ 14) คนหนึ่งลากไปทางขวาอีกคนหนึ่งไปทางซ้าย คนหนึ่งดันไปข้างหน้า อีกคนดึงกลับ พวกเขาย้ายจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง คว้ารางในอีกที่หนึ่ง และแต่ละคนก็ผลักหรือดึงในแบบของตัวเอง เมื่อแรงคนงานก่อตัวขึ้นในลักษณะที่มดสี่ตัวเคลื่อนตัวหนอนไปในทิศทางหนึ่งและหกตัวไปในทิศทางอื่น ๆ ในที่สุดตัวหนอนก็เคลื่อนที่ไปในทิศทางของมดทั้งหกตัวนี้อย่างแม่นยำในที่สุดแม้จะมีการต่อต้านจากมดทั้งสี่ตัวก็ตาม ”

ให้เรายกตัวอย่างคำแนะนำอีกตัวอย่างหนึ่ง (ยืมมาจากนักวิจัยคนอื่น) ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความร่วมมือในจินตนาการของมด ในรูป รูปที่ 15 แสดงชีสชิ้นสี่เหลี่ยมที่ถูกมด 25 ตัวจับไป ชีสค่อยๆ เคลื่อนไปในทิศทางที่ระบุด้วยลูกศร A และใครๆ ก็อาจคิดว่ามดแถวหน้ากำลังดึงของหนักเข้ามาหาตัวมันเอง เส้นหลังดันไปข้างหน้า ในขณะที่มดข้างช่วยทั้งสองอย่าง อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณี เนื่องจากง่ายต่อการตรวจสอบ: ใช้มีดแยกยศด้านหลังทั้งหมด - ภาระจะคลานเร็วขึ้นมาก! เห็นได้ชัดว่ามดทั้ง 11 ตัวกำลังดึงไปข้างหลัง ไม่ใช่ไปข้างหน้า แต่ละตัวพยายามพลิกภาระเพื่อจะถอยออกไปลากมันไปที่รัง ซึ่งหมายความว่ามดหลังไม่เพียงแต่ไม่ได้ช่วยมดหน้าเท่านั้น แต่ยังแทรกแซงมดอย่างขยันขันแข็งและทำลายความพยายามของพวกมันด้วย ในการลากชีสชิ้นนี้ ความพยายามของมดเพียงสี่ตัวก็เพียงพอแล้ว แต่การกระทำที่ไม่สอดคล้องกันนำไปสู่ความจริงที่ว่ามด 25 ตัวกำลังลากของที่บรรทุกอยู่

รูปที่ 13 มดลากตัวหนอนอย่างไร

รูปที่ 14 มดดึงเหยื่ออย่างไร ลูกศรแสดงทิศทางความพยายามของมดแต่ละตัว

รูปที่ 15 วิธีที่มดพยายามลากชิ้นชีสไปที่จอมปลวกที่อยู่ในทิศทางของลูกศร A

คุณลักษณะของการกระทำร่วมกันของมดนี้ถูกสังเกตโดย Mark Twain เมื่อนานมาแล้ว เมื่อพูดถึงการพบกันระหว่างมดสองตัว ซึ่งตัวหนึ่งพบขาของตั๊กแตน เขากล่าวว่า “พวกมันจับขาทั้งสองข้างแล้วดึงไปในทิศทางตรงกันข้ามอย่างสุดกำลัง ทั้งสองเห็นว่ามีบางอย่างผิดปกติ แต่ไม่สามารถเข้าใจอะไรได้ การทะเลาะวิวาทกันเริ่มขึ้น การโต้เถียงกลายเป็นการต่อสู้... การปรองดองเกิดขึ้น และการทำงานร่วมกันและไร้ความหมายเริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง โดยมีสหายที่ได้รับบาดเจ็บในการต่อสู้เป็นเพียงอุปสรรคเท่านั้น พยายามอย่างเต็มที่เพื่อนที่มีสุขภาพดีจะลากภาระและเพื่อนที่ได้รับบาดเจ็บซึ่งแทนที่จะยอมแพ้เหยื่อกลับแขวนไว้บนนั้น” พูดติดตลก ทเวนให้ข้อสังเกตที่ถูกต้องอย่างยิ่งว่า “มดจะทำงานได้ดีก็ต่อเมื่อนักธรรมชาติวิทยาที่ไม่มีประสบการณ์สังเกตและสรุปผลผิดๆ เท่านั้น”

เปลือกไข่แตกง่ายไหม?

ในบรรดาคำถามเชิงปรัชญาที่ Kifa Mokievich ผู้ช่างคิดจาก "Dead Souls" ปวดหัวอย่างชาญฉลาดของเขาคือปัญหาต่อไปนี้: "ถ้าช้างเกิดในไข่เพราะเปลือกชาจะหนามากคุณทำไม่ได้" อย่าตีมันด้วยปืนใหญ่ เราจำเป็นต้องประดิษฐ์อาวุธปืนใหม่ขึ้นมา”

นักปรัชญาของโกกอลคงจะประหลาดใจมากถ้าเขาได้เรียนรู้ว่าเปลือกไข่ธรรมดาๆ แม้จะบาง แต่ก็ยังห่างไกลจากสิ่งที่ละเอียดอ่อนเช่นกัน มันไม่ง่ายเลยที่จะบดไข่ระหว่างฝ่ามือโดยกดที่ปลาย ต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการทำลายเปลือกภายใต้สภาวะเช่นนี้

ความแข็งแกร่งพิเศษของเปลือกไข่นั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างนูนของมันเท่านั้น และอธิบายได้ในลักษณะเดียวกับความแข็งแกร่งของห้องใต้ดินและส่วนโค้งทุกชนิด

ในรูปที่แนบมานี้ รูปที่ 17 แสดงให้เห็นห้องนิรภัยหินเล็กๆ เหนือหน้าต่าง โหลด S (เช่นน้ำหนักของชิ้นส่วนที่วางอยู่ด้านบนของวัสดุก่อสร้าง) กดบนหินตรงกลางรูปลิ่มของส่วนโค้ง กดลงด้วยแรงซึ่งระบุในรูปด้วยลูกศร A แต่หินไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ลงเนื่องจากมีรูปร่างเป็นรูปลิ่ม มันสร้างแรงกดดันต่อก้อนหินข้างเคียงเท่านั้น ในกรณีนี้ แรง A จะถูกสลายตามกฎสี่เหลี่ยมด้านขนานออกเป็นสองแรง ซึ่งระบุด้วยลูกศร C และ B มีความสมดุลโดยการต้านทานของหินที่อยู่ติดกัน ในทางกลับกัน คั่นระหว่างหินที่อยู่ใกล้เคียง ดังนั้นแรงที่กดทับห้องนิรภัยจากภายนอกจึงไม่สามารถทำลายมันได้ แต่มันค่อนข้างง่ายที่จะทำลายมันด้วยแรงที่กระทำจากภายใน นี่เป็นข้อผิดพลาด เนื่องจากหินรูปทรงลิ่มซึ่งป้องกันไม่ให้ร่วงหล่น ไม่ได้ป้องกันไม่ให้ลุกขึ้นเลยแม้แต่น้อย

รูปที่ 16 ต้องใช้แรงมากในการตอกไข่ในตำแหน่งนี้

รูปที่ 17 เหตุผลในความแข็งแกร่งของส่วนโค้ง

เปลือกไข่ก็เหมือนกัน มีแต่ของแข็งเท่านั้น เมื่อสัมผัสกับแรงกดดันภายนอก มันจะไม่พังทลายลงอย่างง่ายดายอย่างที่ใครๆ คาดคิด วัสดุที่เปราะบาง. คุณสามารถวางโต๊ะที่ค่อนข้างหนักและมีขาบนไข่ดิบสี่ฟอง - และพวกมันจะไม่ถูกบดขยี้ (เพื่อความมั่นคงคุณต้องจัดให้มีส่วนต่อขยายของไข่ด้วยปูนปลาสเตอร์ที่ปลาย; ปูนปลาสเตอร์เกาะติดกับเปลือกมะนาวได้ง่าย)

ตอนนี้คุณเข้าใจแล้วว่าทำไมแม่ไก่จึงไม่จำเป็นต้องกังวลว่าเปลือกไข่จะแตกตามน้ำหนักตัวของมัน และในเวลาเดียวกันลูกไก่ที่อ่อนแอซึ่งต้องการออกจากคุกตามธรรมชาติก็ใช้ปากของมันหักเปลือกจากด้านในได้อย่างง่ายดาย

ทำลายเปลือกไข่ได้อย่างง่ายดายด้วยการใช้ช้อนชาด้านข้าง เราไม่รู้ว่ามันแข็งแกร่งแค่ไหนเมื่อแรงกดดันกระทำต่อมันภายใต้สภาพธรรมชาติ และธรรมชาติของเกราะที่เชื่อถือได้ได้ปกป้องสิ่งมีชีวิตที่กำลังพัฒนาในนั้นอย่างไร

ความแข็งแกร่งอันลึกลับของหลอดไฟซึ่งดูบอบบางและเปราะบางนั้นถูกอธิบายในลักษณะเดียวกับความแข็งแกร่งของเปลือกไข่ ความแข็งแกร่งของพวกมันจะยิ่งน่าทึ่งยิ่งขึ้นหากเราจำได้ว่าพวกมันจำนวนมาก (กลวง ไม่ใช่เติมแก๊ส) แทบจะว่างเปล่าและไม่มีอะไรจากภายในที่จะต้านความกดดันของอากาศภายนอกได้ และปริมาณแรงดันอากาศบนหลอดไฟก็มีความสำคัญเช่นกัน โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม. หลอดไฟจะถูกบีบอัดทั้งสองด้านด้วยแรงมากกว่า 75 กก. (น้ำหนักคน) ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าหลอดไฟกลวงสามารถทนต่อแรงกดได้มากถึง 2.5 เท่า

ล่องลอยต้านลม

เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าเรือใบสามารถแล่น "ทวนลม" ได้อย่างไร - หรืออย่างที่กะลาสีพูดว่า "แล่นในระยะใกล้" จริงอยู่ กะลาสีเรือจะบอกคุณว่าคุณไม่สามารถแล่นทวนลมโดยตรงได้ แต่คุณสามารถเคลื่อนที่ในมุมแหลมตามทิศทางของลมเท่านั้น แต่มุมนี้เล็ก - ประมาณหนึ่งในสี่ มุมฉาก, - และบางทีก็ดูเหมือนไม่อาจเข้าใจได้พอๆ กัน ไม่ว่าจะแล่นต้านลมโดยตรงหรือทำมุม 22°

อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง นี่ไม่ใช่การเฉยเมย และตอนนี้เราจะอธิบายว่าเป็นไปได้อย่างไรที่จะเคลื่อนเข้าหามันในมุมเล็กน้อยด้วยแรงลม ขั้นแรก ลองพิจารณาว่าโดยทั่วไปแล้วลมทำหน้าที่อย่างไรบนใบเรือ นั่นคือจุดที่ลมพัดใบเรือเมื่อมันพัดไป คุณคงคิดว่าลมมักจะดันใบเรือไปในทิศทางที่พัดเสมอ แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น: ไม่ว่าลมจะพัดไปทางใด ใบเรือก็จะดันใบตั้งฉากกับระนาบใบเรือ แท้จริงแล้ว: ปล่อยให้ลมพัดไปในทิศทางที่ลูกศรระบุในรูป. 18; เส้น AB หมายถึงใบเรือ เนื่องจากลมพัดอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวทั้งหมดของใบเรือ เราจึงแทนที่ความกดดันลมด้วยแรง R ที่ตรงกลางใบเรือ เราจะแบ่งแรงนี้เป็นสองส่วน: แรง Q ซึ่งตั้งฉากกับใบเรือ และแรง P ซึ่งพุ่งไปตามแรงนั้น (รูปที่ 18 ขวา) แรงสุดท้ายผลักใบเรือไปไม่ได้เนื่องจากการเสียดสีของลมบนผืนผ้าใบไม่มีนัยสำคัญ แรง Q ยังคงอยู่ ซึ่งดันใบเรือเป็นมุมฉากกับแรงดังกล่าว

เมื่อรู้สิ่งนี้แล้ว เราก็จะเข้าใจได้ง่ายว่าเรือใบสามารถแล่นในมุมแหลมเข้าหาลมได้อย่างไร ให้เส้น KK (รูปที่ 19) แทนเส้นกระดูกงูของเรือ ลมพัดเป็นมุมแหลมถึงเส้นนี้ในทิศทางที่ระบุด้วยชุดลูกศร เส้น AB หมายถึงใบเรือ มันถูกวางไว้เพื่อให้ระนาบของมันแบ่งมุมระหว่างทิศทางของกระดูกงูและทิศทางของลม ติดตามในรูป 19 สำหรับการสลายกองกำลัง เราแสดงแรงดันลมบนใบเรือด้วยแรง Q ซึ่งเรารู้ว่าจะต้องตั้งฉากกับใบเรือ ขอให้เราแบ่งแรงนี้เป็นสองส่วน: แรง R ซึ่งตั้งฉากกับกระดูกงู และแรง S ซึ่งพุ่งไปข้างหน้าตามแนวกระดูกงูเรือ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของเรือในทิศทาง R ต้องเผชิญกับแรงต้านจากน้ำอย่างแรง (กระดูกงูในเรือใบนั้นลึกมาก) แรง R จึงมีความสมดุลเกือบทั้งหมดจากการต้านทานของน้ำ เหลือเพียงแรง S เดียวเท่านั้น ซึ่งอย่างที่คุณเห็น พุ่งไปข้างหน้า และด้วยเหตุนี้จึงเคลื่อนเรือไปในมุมหนึ่งราวกับหันไปทางลม โดยปกติแล้วการเคลื่อนไหวนี้จะดำเนินการในรูปแบบซิกแซก ดังแสดงในรูป 20. ในภาษาของกะลาสีเรือการเคลื่อนไหวของเรือเรียกว่า "การยึด" ในความหมายที่เข้มงวดของคำ

รูปที่ 18 ลมพัดใบเรือเป็นมุมฉากกับระนาบเสมอ

รูปที่ 19 วิธีล่องเรือทวนลม

รูปที่ 20 การยึดเรือใบ

อาร์คิมีดีสสามารถยกโลกได้หรือไม่?

“ตั้งหลักให้ฉันหน่อยแล้วฉันจะยกโลก!” - ตำนานเล่าถึงเครื่องหมายอัศเจรีย์นี้ว่าเป็นของอาร์คิมิดีส กลไกอันชาญฉลาดแห่งสมัยโบราณผู้ค้นพบกฎของคันโยก

รูปที่ 21. “อาร์คิมิดีสยกโลกด้วยคันโยก” แกะสลักจากหนังสือของ Varignon (1787) เกี่ยวกับกลศาสตร์

“ ครั้งหนึ่งอาร์คิมิดีส” เราอ่านจากพลูตาร์ค“ เขียนถึงกษัตริย์เฮียรอนแห่งซีราคิวส์ซึ่งเขาเป็นญาติและเป็นเพื่อนด้วยว่าด้วยพลังนี้เราสามารถเคลื่อนย้ายสิ่งของใด ๆ ได้ ด้วยความแข็งแกร่งของหลักฐาน เขาเสริมว่าหากมีโลกอื่น เขาคงจะย้ายเราโดยการย้ายไปที่โลกนั้น”

อาร์คิมิดีสรู้ว่าไม่มีสิ่งของใดที่ไม่สามารถยกได้โดยใช้แรงที่อ่อนที่สุดหากคุณใช้คันโยก คุณเพียงแค่ต้องใช้แรงนี้กับแขนยาวมากของคันโยก และบังคับแขนสั้นให้กระทำการต่อน้ำหนักบรรทุก นั่นเป็นสาเหตุที่เขาคิดว่าการกดคันโยกที่ยาวมากทำให้เขาสามารถยกของหนักด้วยแรงมือของเขาได้ ซึ่งมีมวลเท่ากับมวลของโลก

แต่ถ้าช่างกลผู้ยิ่งใหญ่แห่งสมัยโบราณรู้ว่ามวลของโลกนั้นใหญ่โตเพียงใด เขาก็คงละเว้นจากคำอุทานอันภาคภูมิใจของเขา ลองจินตนาการสักครู่ว่าอาร์คิมิดีสได้รับ "โลกอื่น" ซึ่งเป็นจุดสนับสนุนที่เขากำลังมองหา ให้เราจินตนาการต่อไปว่าเขาได้ทำคันโยกตามความยาวที่ต้องการ คุณรู้ไหมว่าเขาต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการยกของที่มีมวลเท่ากับโลกอย่างน้อยหนึ่งเซนติเมตร? อย่างน้อยสามหมื่นล้านปี!

อย่างแท้จริง. นักดาราศาสตร์รู้จักมวลของโลก วัตถุที่มีมวลเช่นนี้จะมีน้ำหนักประมาณ 6,000,000,000,000,000,000,000 ตันบนโลก

หากบุคคลสามารถยกได้โดยตรงเพียง 60 กิโลกรัม ดังนั้นในการ "ยกโลก" เขาจะต้องวางมือบนแขนยาวของคันโยก ซึ่งใหญ่กว่าคันโยกสั้นถึง 100,000,000,000,000,000,000,000 เท่า!

การคำนวณง่ายๆ จะทำให้คุณมั่นใจได้ว่าในขณะที่ปลายแขนสั้นเพิ่มขึ้น 1 ซม. ส่วนอีกปลายหนึ่งจะอธิบายส่วนโค้งขนาดใหญ่ 1,000,000,000,000,000,000 กม. ในจักรวาล

ระยะทางที่ยาวไกลเกินจินตนาการนั้นจะต้องถูกด้วยมือของอาร์คิมิดีสโดยกดคันโยกเพื่อ "ยกโลก" ขึ้นเพียงหนึ่งเซนติเมตร! จะใช้เวลานานแค่ไหน? หากเราสมมติว่าอาร์คิมิดีสสามารถยกของหนัก 60 กิโลกรัมให้สูง 1 เมตรในหนึ่งวินาที (ประสิทธิภาพเกือบหนึ่งแรงม้าทั้งหมด!) ถึงอย่างนั้นก็ยังต้องใช้เวลา 1,000,000,000,000,000,000,000 วินาทีในการ "ยกโลก" 1 ซม. หรือสามหมื่นล้านปี! สำหรับฉันทั้งหมด อายุยืนอาร์คิมิดีสเมื่อกดคันโยกจะไม่สามารถ "ยกพื้นโลก" ขึ้นมาได้ แม้จะมีความหนาของเส้นผมที่บางที่สุดก็ตาม...

ไม่มีกลอุบายของนักประดิษฐ์ที่เก่งกาจคนใดจะช่วยให้เขาลดระยะเวลานี้ลงได้อย่างเห็นได้ชัด “กฎทองของกลศาสตร์” ระบุว่าในเครื่องจักรใดๆ การได้รับกำลังจะมาพร้อมกับการสูญเสียระยะเวลาในการเคลื่อนที่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ กล่าวคือ ตามเวลา แม้ว่าอาร์คิมิดีสจะนำความเร็วของมือของเขาไปสู่ความเร็วสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในธรรมชาติ - สูงถึง 300,000 กม. ต่อวินาที (ความเร็วแสง) จากนั้นแม้จะมีสมมติฐานที่น่าอัศจรรย์เช่นนี้เขาก็จะ "ยกโลก" ขึ้นมา 1 ซม. เท่านั้น หลังจากทำงานมาสิบล้านปี

ผู้แข็งแกร่งของ Jules Vernov และสูตรของออยเลอร์

คุณจำ Mathifa นักกีฬาที่แข็งแกร่งของ Jules Verne ได้ไหม? “ศีรษะที่งดงาม สมส่วนกับความสูงขนาดมหึมา หน้าอกเหมือนเครื่องสูบลมของช่างตีเหล็ก ขา - เหมือนท่อนไม้ที่ดี แขน - จุดยกจริงด้วยหมัดเหมือนค้อน ... " อาจเป็นไปได้จากการหาประโยชน์ของผู้แข็งแกร่งคนนี้ที่อธิบายไว้ในนวนิยายเรื่อง "Mathias Sapdorf" คุณจำเหตุการณ์ที่น่าทึ่งกับเรือ "Trabokolo" ได้เมื่อ ยักษ์ของเราที่มีมืออันทรงพลังช่วยชะลอการลงของเรือทั้งลำ

นี่คือวิธีที่นักประพันธ์พูดถึงความสำเร็จนี้:

“เรือที่ได้รับการปลดปล่อยจากส่วนรองรับที่อยู่ด้านข้างแล้ว พร้อมที่จะปล่อยแล้ว ก็เพียงพอแล้วที่จะถอดที่จอดเรือออกเพื่อให้เรือเริ่มเลื่อนลงมา ช่างไม้กว่าครึ่งโหลกำลังทำงานอยู่ใต้กระดูกงูเรือ ผู้ชมติดตามการดำเนินการด้วยความอยากรู้อยากเห็น ในขณะนั้น เรือยอร์ชลำหนึ่งก็ปรากฏตัวขึ้น แล่นไปรอบๆ ขอบชายฝั่ง ในการเข้าสู่ท่าเรือ เรือยอชท์จะต้องผ่านหน้าอู่ต่อเรือซึ่งกำลังเตรียมการปล่อย Trabocolo และทันทีที่เธอให้สัญญาณ ก็จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุใด ๆ เพื่อชะลอการเปิดตัวเพื่อที่จะ กลับมาทำงานหลังจากเรือยอทช์เข้าคลองแล้ว หากเรือลำหนึ่งที่ยืนอยู่ตรงข้าม อีกลำหนึ่งแล่นด้วยความเร็วสูงชนกัน เรือยอทช์ลำนั้นคงพินาศไปแล้ว

คนงานหยุดตอก ทุกสายตาจับจ้องไปที่เรืออันสง่างามใบเรือสีขาวซึ่งดูเหมือนปิดทองในแสงตะวันเอียง ในไม่ช้าเรือยอชท์ก็พบว่าตัวเองอยู่ตรงข้ามอู่ต่อเรือ ซึ่งมีผู้คนที่อยากรู้อยากเห็นนับพันคนแข็งตัวแข็งตัว ทันใดนั้นก็ได้ยินเสียงร้องแห่งความสยดสยอง: Trabocolo แกว่งไปมาและเริ่มเคลื่อนไหวทันทีที่เรือยอชท์หันไปทางกราบขวามาหาเขา! เรือทั้งสองลำพร้อมที่จะชนกัน ไม่มีเวลาหรือโอกาสที่จะป้องกันการปะทะกันครั้งนี้ Trabocolo เลื่อนลงมาอย่างรวดเร็วตามทางลาด... ควันสีขาวซึ่งปรากฏขึ้นเนื่องจากการเสียดสีหมุนวนไปด้านหน้าหัวเรือในขณะที่ท้ายเรือก็จมลงไปในน้ำของอ่าวแล้ว (เรือลงท้ายเรือก่อน - เย้. ป.)

ทันใดนั้นชายคนหนึ่งก็ปรากฏตัวขึ้น คว้าเชือกจอดเรือที่ห้อยอยู่ที่ด้านหน้าของ Trabocolo แล้วพยายามจับมันไว้ โดยก้มลงกับพื้น ในหนึ่งนาทีเขาจะพันท่าจอดเรือไว้รอบท่อเหล็กที่ถูกผลักลงไปที่พื้น และเสี่ยงต่อการถูกทับ เขาถือเชือกไว้ในมือของเขาด้วยความแข็งแกร่งเหนือมนุษย์เป็นเวลา 10 วินาที ในที่สุดท่าจอดเรือก็แตก แต่ 10 วินาทีนี้ก็เพียงพอแล้ว: Trabocolo กระโดดลงไปในน้ำแตะเรือยอทช์เพียงเล็กน้อยแล้วรีบไปข้างหน้า

เรือยอทช์ได้รับการช่วยเหลือ ส่วนคนที่ไม่มีใครมีเวลาช่วย ทุกอย่างเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและไม่คาดคิด คนๆ นั้นคือ Matifu”

ช่างกลสอนว่าเมื่อเชือกพันรอบโคมไฟสนาม แรงเสียดทานจะมีค่ามาก ยังไง จำนวนที่มากขึ้นการหมุนของเชือกยิ่งมีแรงเสียดทานมากขึ้น กฎของแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นก็คือ เมื่อจำนวนรอบการหมุนเพิ่มขึ้นในการก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ แรงเสียดทานก็จะเพิ่มขึ้นในความก้าวหน้าทางเรขาคณิต ดังนั้นแม้แต่เด็กที่อ่อนแอซึ่งจับปลายเชือกที่ว่างที่พันไว้บนเพลาที่อยู่นิ่ง 3-4 ครั้งก็สามารถปรับสมดุลของแรงมหาศาลได้

ที่ท่าเรือกลไฟในแม่น้ำ วัยรุ่นใช้เทคนิคนี้เพื่อหยุดเรือกลไฟที่มีผู้โดยสารหลายร้อยคนเข้ามาใกล้ท่าเรือ ไม่ใช่ความเข้มแข็งอันน่าอัศจรรย์ของมือของพวกเขาที่ช่วยพวกเขา แต่เป็นการเสียดสีของเชือกบนกอง

ออยเลอร์นักคณิตศาสตร์ผู้โด่งดังแห่งศตวรรษที่ 18 ได้กำหนดแรงเสียดทานกับจำนวนรอบของเชือกที่อยู่รอบเสาเข็ม สำหรับผู้ที่ไม่กลัวภาษาที่กระชับของนิพจน์พีชคณิต เรานำเสนอสูตรออยเลอร์ที่เป็นประโยชน์นี้:

โดยที่ F คือแรงที่แรงที่ f มุ่งไป ตัวอักษร e หมายถึงตัวเลข 2.718... (ฐานของลอการิทึมธรรมชาติ) k คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างเชือกกับขาตั้ง ตัวอักษร a แสดงถึง "มุมที่คดเคี้ยว" กล่าวคือ อัตราส่วนของความยาวของส่วนโค้งที่เชือกหุ้มไว้ต่อรัศมีของส่วนโค้งนี้

ลองใช้สูตรกับกรณีที่ Jules Verne อธิบายไว้ ผลลัพธ์จะน่าทึ่ง แรง F ในกรณีนี้คือแรงดึงของเรือที่แล่นไปตามท่าเทียบเรือ ทราบน้ำหนักของเรือจากนวนิยาย: 50 ตัน ปล่อยให้ความชันของทางลื่นเป็น 0.1; ถ้าอย่างนั้นมันไม่ใช่น้ำหนักเต็มของเรือที่กระทำบนเชือก แต่เป็น 0.1 ในนั้นนั่นคือ 5 ตันหรือ 5,000 กิโลกรัม

การแทนค่าทั้งหมดเหล่านี้ลงในสูตรออยเลอร์ข้างต้นจะได้สมการ

ค่า f ที่ไม่ทราบค่า (เช่น ปริมาณแรงที่ต้องการ) สามารถหาได้จากสมการนี้โดยใช้ลอการิทึม:

Lg 5000 = lg f + 2n lg 2.72 โดยที่ f = 9.3 กก.

ดังนั้นเพื่อที่จะบรรลุผลสำเร็จ ยักษ์จึงต้องดึงเชือกด้วยแรงเพียง 10 กิโลกรัมเท่านั้น!

อย่าคิดว่าตัวเลขนี้ - 10 กก. - เป็นเพียงทฤษฎีและในความเป็นจริงจะต้องใช้ความพยายามมากกว่านี้มาก ในทางตรงกันข้าม ผลลัพธ์ของเรายังเกินความจริงอีกด้วย: ด้วยเชือกป่านและกองไม้ เมื่อค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสี k มากกว่า แรงที่ต้องการก็ไม่มีนัยสำคัญอย่างน่าขัน หากเชือกนั้นแข็งแกร่งเพียงพอและทนต่อแรงดึงได้แม้แต่เด็กที่อ่อนแอก็สามารถพันเชือกได้ 3-4 ครั้งไม่เพียง แต่แสดงความสามารถของฮีโร่ Jules Verne เท่านั้น แต่ยังเหนือกว่าเขาอีกด้วย

อะไรเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของนอต?

ในชีวิตประจำวันโดยที่เราไม่รู้ตัวเรามักจะใช้ประโยชน์จากคุณประโยชน์ที่สูตรของออยเลอร์บอกเรา ปมคืออะไรถ้าไม่ใช่เชือกพันรอบลูกกลิ้ง ในกรณีนี้จะเล่นโดยส่วนอื่นของสายเดียวกัน ความแข็งแกร่งของปมใด ๆ - ธรรมดา "ศาลา" "ทะเล" เนคไทธนู ฯลฯ - ขึ้นอยู่กับแรงเสียดทานเพียงอย่างเดียวซึ่งที่นี่ได้รับการปรับปรุงอย่างมากเนื่องจากการที่ลูกไม้พันรอบตัวเองเหมือนเชือกพันรอบ ตู้ ซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบโดยทำตามโค้งของเชือกในปม ยิ่งโค้งงอมากเท่าไร เกลียวก็จะพันรอบตัวเองมากขึ้นเท่านั้น "มุมที่คดเคี้ยว" มากขึ้น และด้วยเหตุนี้ ปมก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้น

ช่างตัดเสื้อใช้ประโยชน์จากสถานการณ์เดียวกันโดยไม่รู้ตัวเมื่อเย็บกระดุม เขาพันด้ายหลาย ๆ ครั้งรอบ ๆ พื้นที่ของวัสดุที่จับโดยตะเข็บแล้วหักมัน หากด้ายมีความแข็งแรง กระดุมจะไม่หลุดออกมา กฎที่เราคุ้นเคยอยู่แล้วใช้ที่นี่: เมื่อเพิ่มจำนวนการหมุนด้ายในการก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์ ความแข็งแรงในการเย็บจะเพิ่มขึ้นในความก้าวหน้าทางเรขาคณิต

หากไม่มีแรงเสียดทาน เราจะไม่สามารถใช้กระดุมได้ ด้ายจะหลุดออกตามน้ำหนักของมัน และกระดุมจะหลุดออก

หากไม่มีแรงเสียดทาน

คุณจะเห็นว่าความขัดแย้งแสดงออกในรูปแบบต่างๆ และบางครั้งก็ไม่คาดคิดในสภาพแวดล้อมรอบตัวเรา แรงเสียดทานเข้ามามีส่วนร่วม และเป็นเรื่องสำคัญมากในเรื่องนี้ โดยที่เราแทบไม่สงสัยเลยด้วยซ้ำ หากความเสียดทานหายไปจากโลกอย่างกะทันหัน ปรากฏการณ์ธรรมดาๆ มากมายก็จะดำเนินไปในลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Guillaume เขียนเกี่ยวกับบทบาทของแรงเสียดทานอย่างมีสีสัน:

“เราทุกคนต้องออกไปข้างนอกในสภาพที่เป็นน้ำแข็ง เราต้องใช้ความพยายามมากเพียงใดในการป้องกันไม่ให้ล้ม เราต้องเคลื่อนไหวตลกๆ กี่ครั้งเพื่อที่จะยืนได้! สิ่งนี้บังคับให้เรารับรู้ว่าโดยปกติแล้วพื้นที่ที่เราเดินนั้นมีคุณภาพอันล้ำค่าที่ช่วยให้เรารักษาสมดุลได้โดยไม่ต้องใช้ความพยายามมากนัก ความคิดเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับเราเมื่อเราขี่จักรยานบนทางเท้าลื่นหรือเมื่อม้าลื่นล้มบนยางมะตอยและล้มลง จากการศึกษาปรากฏการณ์ดังกล่าว เราก็ค้นพบผลที่ตามมาซึ่งเกิดจากความเสียดทาน วิศวกรพยายามกำจัดมันในรถยนต์ให้ได้มากที่สุด - และทำงานได้ดี ในกลศาสตร์ประยุกต์ แรงเสียดทานถือเป็นปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์อย่างยิ่ง และนี่ถูกต้อง แต่เฉพาะในพื้นที่แคบพิเศษเท่านั้น ในกรณีอื่น ๆ ทั้งหมด เราควรรู้สึกขอบคุณต่อการเสียดสี: มันทำให้เรามีโอกาสเดิน นั่ง และทำงานโดยไม่ต้องกลัวหนังสือและหมึกจะหล่นลงพื้น หรือโต๊ะเลื่อนจนชนมุม หรือปากกาหลุดจากเรา นิ้วมือ

แรงเสียดทานเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปที่เราไม่จำเป็นต้องขอความช่วยเหลือจากมัน แต่มีข้อยกเว้นที่หาได้ยาก แต่มันเกิดขึ้นกับเราเอง

แรงเสียดทานส่งเสริมความมั่นคง ช่างไม้ปรับระดับพื้นเพื่อให้โต๊ะและเก้าอี้ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่วางไว้ จาน จาน แก้วที่วางอยู่บนโต๊ะจะไม่เคลื่อนไหวโดยไม่ต้องกังวลใดๆ เป็นพิเศษ เว้นแต่จะเกิดขึ้นบนเรือระหว่างการโยก

ลองจินตนาการว่าแรงเสียดทานสามารถขจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์ จากนั้นจะไม่มีศพใดไม่ว่าจะมีขนาดเท่าก้อนหินหรือเล็กเท่าเม็ดทราย จะไม่สามารถวางทับกันได้ ทุกอย่างจะเลื่อนและกลิ้งไปจนจบลงที่ระดับเดียวกัน หากไม่มีแรงเสียดทาน โลกก็จะเป็นทรงกลมที่ไม่มีสิ่งผิดปกติเหมือนของเหลว”

ในกรณีนี้เราสามารถเพิ่มเติมได้ว่าหากไม่มีการเสียดสี ตะปูและสกรูจะหลุดออกจากผนัง ไม่มีอะไรในมือที่จะถือได้ ไม่มีลมบ้าหมูจะหยุด ไม่มีเสียงจะหยุด แต่จะสะท้อนอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ก้องกังวาน อย่างต่อเนื่อง เช่น จากผนังห้อง

บทเรียนที่ใช้อุปกรณ์จริงซึ่งทำให้เรามั่นใจถึงความสำคัญมหาศาลของแรงเสียดทานนั้นมอบให้เราทุกครั้งด้วยน้ำแข็งสีดำ เธอถูกจับได้บนถนน เราพบว่าตัวเองทำอะไรไม่ถูกและเสี่ยงต่อการล้มอยู่เสมอ นี่คือข้อความที่ตัดตอนมาจากหนังสือพิมพ์ (ธันวาคม 2470):

“ลอนดอน 21. เนื่องจากมีน้ำแข็งหนาแน่น การจราจรบนถนนและรถรางในลอนดอนจึงเป็นเรื่องยากอย่างเห็นได้ชัด มีผู้เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาลประมาณ 1,400 รายเนื่องจากแขน ขาหัก ฯลฯ”

รูปที่ 22 ด้านบน - เลื่อนบรรทุกบนถนนน้ำแข็ง ม้าสองตัวบรรทุกสินค้าได้ 70 ตัน ด้านล่างเป็นถนนน้ำแข็ง ติดตาม; B - ลื่นไถล; C - หิมะอัดแน่น; D - ฐานดินของถนน

“ในการชนกันใกล้ไฮด์ปาร์คระหว่างรถสามคันกับรถรางสองคัน รถยนต์ทั้งสองคันถูกทำลายอย่างสิ้นเชิงเนื่องจากการระเบิดของน้ำมันเบนซิน...”

"ปารีส 21 น้ำแข็งในปารีสและชานเมืองทำให้เกิดอุบัติเหตุมากมาย..."

อย่างไรก็ตาม แรงเสียดทานเล็กน้อยบนน้ำแข็งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในทางเทคนิคได้สำเร็จ ตัวอย่างของสิ่งนี้คือการเลื่อนแบบธรรมดาอยู่แล้ว สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นโดยสิ่งที่เรียกว่าถนนน้ำแข็ง ซึ่งจัดเตรียมไว้สำหรับขนส่งไม้จากสถานที่ตัดไม้ไปยังทางรถไฟหรือไปยังจุดล่องแพ บนถนนดังกล่าว (รูปที่ 22) ซึ่งมีรางน้ำแข็งเรียบ ม้าสองตัวลากเลื่อนที่บรรทุกท่อนไม้หนัก 70 ตัน

สาเหตุทางกายภาพของภัยพิบัติ Chelyuskin

จากสิ่งที่กล่าวมาในตอนนี้ เราไม่ควรด่วนสรุปว่าการเสียดสีบนน้ำแข็งนั้นไม่มีนัยสำคัญเลยในทุกสถานการณ์ แม้ที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์ การเสียดสีกับน้ำแข็งก็มักจะค่อนข้างสำคัญ ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเรือตัดน้ำแข็ง ได้มีการศึกษาแรงเสียดทานของน้ำแข็งจากทะเลขั้วโลกบนแผ่นเหล็กของเรืออย่างระมัดระวัง ปรากฎว่ามันมีขนาดใหญ่อย่างไม่คาดคิด ไม่น้อยกว่าแรงเสียดทานของเหล็กบนเหล็ก: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเรือเหล็กใหม่ที่ชุบบนน้ำแข็งคือ 0.2

เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของตัวเลขนี้ต่อเรือเมื่อแล่นไปในน้ำแข็ง ลองดูที่รูป 23; แสดงให้เห็นทิศทางของแรงที่กระทำต่อด้าน MN ของเรือภายใต้แรงดันน้ำแข็ง แรงกดน้ำแข็ง P แบ่งออกเป็นสองแรง: R ซึ่งตั้งฉากกับกระดาน และ F กำหนดทิศทางสัมผัสกับกระดาน มุมระหว่าง P และ R เท่ากับมุม a ของความเอียงของด้านข้างถึงแนวตั้ง แรงเสียดทาน Q ของน้ำแข็งที่ด้านข้างเท่ากับแรง R คูณด้วยสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน เช่น 0.2 เรามี: Q = 0.2R ถ้าแรงเสียดทาน Q น้อยกว่า F แรงอันหลังจะลากน้ำแข็งที่ดันไปใต้น้ำ น้ำแข็งเลื่อนไปตามด้านข้างจนไม่มีเวลาสร้างอันตรายให้กับเรือ หากแรง Q มากกว่า F แรงเสียดทานจะขัดขวางการเลื่อนของแผ่นน้ำแข็ง และน้ำแข็งสามารถบดอัดและดันผ่านด้านข้างได้ด้วยแรงดันที่ยืดเยื้อ

รูปที่ 23 “เชลิยูสกิน” หายไปในน้ำแข็ง ด้านล่าง: แรงที่กระทำต่อด้านข้างของเรือ MN ภายใต้แรงดันน้ำแข็ง

Q "F" คือเมื่อไหร่? มันง่ายที่จะเห็นว่า

จึงต้องมีความไม่เท่าเทียมกัน:

และเนื่องจาก Q = 0.2R ความไม่เท่าเทียมกัน Q «F จะนำไปสู่สิ่งอื่น:

0.2R “R tg a หรือ tg a” 0.2

เมื่อใช้ตาราง เราจะหามุมที่มีแทนเจนต์เป็น 0.2 มันเท่ากับ 11° ซึ่งหมายความว่า Q “F เมื่อ a” คือ 11° สิ่งนี้จะกำหนดว่าด้านข้างของเรือเอียงไปทางแนวตั้งเพียงใดเพื่อให้มั่นใจในการนำทางอย่างปลอดภัยในน้ำแข็ง: ความเอียงต้องมีอย่างน้อย 11°

ตอนนี้เรามาดูความตายของ "เชลิยูสกิน" กันดีกว่า เรือกลไฟลำนี้ไม่ใช่เรือตัดน้ำแข็ง สามารถสำรวจเส้นทางทะเลทางเหนือได้สำเร็จ แต่พบว่าตัวเองติดอยู่ในน้ำแข็งในช่องแคบแบริ่ง

น้ำแข็งพา Chelyuskin ไปทางเหนือและบดขยี้มัน (ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2477) การอยู่อย่างกล้าหาญเป็นเวลาสองเดือนของชาว Chelyuskinite บนแผ่นน้ำแข็งและการช่วยเหลือโดยนักบินผู้กล้าหาญนั้นได้รับการเก็บรักษาไว้ในความทรงจำของหลาย ๆ คน นี่คือคำอธิบายของภัยพิบัติ:

“ โลหะที่แข็งแกร่งของตัวถังไม่ยอมให้ทันที” หัวหน้าคณะสำรวจ O. Yu. Schmidt รายงานทางวิทยุ “คุณจะเห็นได้ว่าแผ่นน้ำแข็งถูกกดลงไปด้านข้างอย่างไร และแผ่นโลหะที่อยู่ด้านบนนั้นบวมและงอออกไปด้านนอกอย่างไร น้ำแข็งยังคงดำเนินต่อไปอย่างช้าๆแต่ไม่อาจต้านทานได้ แผ่นเหล็กที่บวมของปลอกตัวเรือฉีกไปตามตะเข็บ หมุดย้ำบินไปพร้อมกับความผิดพลาด ทันใดนั้น ด้านซ้ายของเรือกลไฟก็ถูกฉีกออกจากคันธนูจนถึงท้ายเรือ…”

หลังจากที่ได้กล่าวไปแล้วในบทความนี้ ผู้อ่านควรเข้าใจถึงสาเหตุทางกายภาพของภัยพิบัติ

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติมีดังนี้: เมื่อสร้างเรือสำหรับการเดินเรือในน้ำแข็ง จำเป็นต้องทำให้ด้านข้างมีความลาดเอียงที่เหมาะสม กล่าวคือ อย่างน้อย 11°

แท่งปรับสมดุลในตัวเอง

วางไม้เรียบๆ บนนิ้วชี้ของมือที่เหยียดออก ดังแสดงในรูปที่ 1 24. ขยับนิ้วเข้าหากันจนกระทั่งนิ้วเข้าหากันแน่น ของแปลก! ปรากฎว่าในตำแหน่งสุดท้ายนี้ ไม้ไม่พลิกคว่ำ แต่ยังคงรักษาสมดุลไว้ คุณทำการทดลองหลายครั้งโดยเปลี่ยนตำแหน่งเริ่มต้นของนิ้ว แต่ผลลัพธ์จะเหมือนเดิมเสมอ: แท่งไม้มีความสมดุล หากคุณเปลี่ยนไม้เป็นไม้บรรทัดวาดรูป ไม้เท้าที่มีปุ่ม ไม้คิวบิลเลียด หรือแปรงขัดพื้น คุณจะสังเกตเห็นลักษณะเดียวกัน วิธีแก้ปัญหาตอนจบที่ไม่คาดคิดคืออะไร? ประการแรก สิ่งต่อไปนี้ชัดเจน: เนื่องจากไม้มีความสมดุลบนนิ้วที่เชื่อมต่อกัน จึงเป็นที่ชัดเจนว่านิ้วมาบรรจบกันภายใต้จุดศูนย์ถ่วงของไม้ (ร่างกายยังคงอยู่ในสมดุลหากมีเส้นดิ่งที่ลากจากศูนย์กลาง ของแรงโน้มถ่วงผ่านไปภายในขอบเขตของส่วนรองรับ)

เมื่อแยกนิ้วออกจากกัน ภาระที่มากขึ้นจะตกลงไปที่นิ้วที่อยู่ใกล้กับจุดศูนย์ถ่วงของไม้มากขึ้น เมื่อความดันเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน นิ้วที่อยู่ใกล้กับจุดศูนย์ถ่วงจะเกิดแรงเสียดทานมากกว่านิ้วที่อยู่ไกลออกไป ดังนั้นนิ้วที่อยู่ใกล้กับจุดศูนย์ถ่วงจึงไม่เลื่อนไปใต้ไม้ เฉพาะนิ้วที่อยู่ห่างจากจุดนี้มากที่สุดเท่านั้นที่จะเคลื่อนไหว ทันทีที่นิ้วที่ขยับอยู่ใกล้จุดศูนย์ถ่วงมากกว่านิ้วอื่น นิ้วจะเปลี่ยนบทบาท การแลกเปลี่ยนดังกล่าวเกิดขึ้นหลายครั้งจนนิ้วชิดกัน และเนื่องจากนิ้วเดียวขยับในแต่ละครั้ง กล่าวคือนิ้วที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์ถ่วง จึงเป็นธรรมดาที่นิ้วทั้งสองจะบรรจบกันภายใต้จุดศูนย์ถ่วงของไม้ในตำแหน่งสุดท้าย

รูปที่ 24. ทดลองกับไม้บรรทัด ทางด้านขวาคือจุดสิ้นสุดของการทดสอบ

รูปที่ 25 การทดลองเดียวกันกับแปรงขัดพื้น ทำไมตาชั่งถึงไม่สมดุล?

ก่อนที่คุณจะเสร็จสิ้นการทดลองนี้ ให้ทำซ้ำด้วยแปรงขัดพื้น (รูปที่ 25 ด้านบน) แล้วถามตัวเองด้วยคำถามนี้ หากคุณตัดแปรงในตำแหน่งที่นิ้วรองรับและวางทั้งสองส่วนลงบนถ้วยตวงที่แตกต่างกัน (รูปที่ 25 ด้านล่าง) ถ้วยไหนจะชนะ - ด้วยไม้หรือแปรง?

ดูเหมือนว่าเนื่องจากทั้งสองส่วนของแปรงสมดุลกันบนนิ้ว จึงควรสมดุลบนตาชั่งด้วย ในความเป็นจริง ถ้วยที่มีแปรงจะขันแน่นเกินไป เหตุผลนั้นเดาได้ไม่ยากหากเราคำนึงว่าเมื่อแปรงมีความสมดุลบนนิ้ว แรงน้ำหนักของทั้งสองส่วนถูกนำไปใช้กับแขนของคันโยกที่ไม่เท่ากัน ในกรณีของเครื่องชั่ง จะใช้แรงเดียวกันกับปลายคันโยกที่มีอาวุธเท่ากัน

สำหรับ "ศาลาแห่งวิทยาศาสตร์ความบันเทิง" ในอุทยานวัฒนธรรมเลนินกราด ฉันสั่งชุดไม้ที่มีตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงต่างกัน แท่งไม้ถูกแยกออกเป็นสองส่วนที่มักจะไม่เท่ากันตรงบริเวณจุดศูนย์ถ่วง เมื่อนำชิ้นส่วนเหล่านี้มาวางบนตาชั่ง ผู้เข้าชมก็ต้องประหลาดใจเมื่อเห็นว่าชิ้นส่วนสั้นนั้นหนักกว่าชิ้นส่วนยาว

บทที่สาม

วงเวียนหมุนเวียน

ทำไมลูกข่างไม่ล้ม?

จากผู้คนหลายพันคนที่เล่นท็อปเปอร์ตั้งแต่ยังเป็นเด็ก มีน้อยคนนักที่จะตอบคำถามนี้ได้อย่างถูกต้อง ในความเป็นจริงแล้ว เราจะอธิบายได้อย่างไรว่าด้านบนที่หมุนได้ซึ่งวางในแนวตั้งหรือเอียงนั้นไม่พลิกคว่ำ ซึ่งตรงกันข้ามกับความคาดหวังทั้งหมด พลังอะไรทำให้เขาอยู่ในตำแหน่งที่ดูไม่มั่นคงเช่นนี้? ความหนักเบาไม่ส่งผลต่อเขาเหรอ?

มีปฏิสัมพันธ์ที่น่าสนใจมากของกองกำลังเกิดขึ้นที่นี่ ทฤษฎีลูกข่างไม่ใช่เรื่องง่าย และเราจะไม่เจาะลึกลงไปอีก ให้เราสรุปเหตุผลหลักว่าทำไมยอดหมุนไม่ตก

ในรูป เลข 26 แสดงการหมุนด้านบนตามทิศทางของลูกศร สังเกตส่วน A ของขอบล้อและส่วน B ที่อยู่ตรงข้าม ส่วน A มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวออกห่างจากคุณ ส่วน B เข้าหาคุณ ตอนนี้สังเกตว่าชิ้นส่วนเหล่านี้ได้รับการเคลื่อนไหวประเภทใดเมื่อคุณเอียงแกนด้านบนเข้าหาตัวคุณ ด้วยการผลักดันนี้ คุณจะบังคับส่วน A ให้เลื่อนขึ้น ส่วน B เพื่อเลื่อนลง ทั้งสองส่วนได้รับแรงผลักในมุมฉากตามการเคลื่อนที่ของตัวเอง แต่เนื่องจากในระหว่างการหมุนอย่างรวดเร็วของด้านบน ความเร็วรอบนอกของชิ้นส่วนของดิสก์จะสูงมาก ความเร็วที่ไม่มีนัยสำคัญที่คุณรายงาน เมื่อรวมกับความเร็ววงกลมขนาดใหญ่ของจุด ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกับความเร็ววงกลมนี้มาก - และ การเคลื่อนไหวของด้านบนแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งนี้ทำให้เห็นได้ชัดเจนว่าเหตุใดผู้นำจึงดูเหมือนจะต่อต้านความพยายามที่จะโค่นล้ม ยิ่งส่วนบนมีขนาดใหญ่และหมุนได้เร็วเท่าไร มันก็ยิ่งทนทานต่อการพลิกคว่ำมากขึ้นเท่านั้น

รูปที่ 26. ทำไมยอดจึงไม่ล้ม?

รูปที่ 27 เมื่อโยนลูกข่างแล้ว ลูกข่างจะคงทิศทางเดิมของแกนไว้

สาระสำคัญของคำอธิบายนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับกฎความเฉื่อย แต่ละอนุภาคบนจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนการหมุน ตามกฎของความเฉื่อย อนุภาคมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่จากวงกลมไปสู่เส้นตรงสัมผัสกันกับวงกลมทุกขณะ แต่แทนเจนต์ทุกอันจะอยู่ในระนาบเดียวกันกับวงกลม ดังนั้นแต่ละอนุภาคจึงมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่จนคงอยู่ในระนาบตั้งฉากกับแกนการหมุนตลอดเวลา ตามมาว่าระนาบทั้งหมดที่อยู่ด้านบนซึ่งตั้งฉากกับแกนการหมุนมีแนวโน้มที่จะรักษาตำแหน่งในอวกาศ ดังนั้นระนาบทั่วไปที่ตั้งฉากกับระนาบเหล่านั้น กล่าวคือ แกนการหมุนเองก็มีแนวโน้มที่จะรักษาทิศทางของมันเช่นกัน

เราจะไม่พิจารณาการเคลื่อนไหวทั้งหมดของด้านบนที่เกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกมากระทำ เรื่องนี้จะต้องมีคำอธิบายที่ละเอียดมากเกินไปซึ่งอาจดูน่าเบื่อ ฉันแค่อยากจะอธิบายเหตุผลที่ต้องการให้วัตถุที่หมุนเพื่อรักษาทิศทางของแกนการหมุนไม่เปลี่ยนแปลง

คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเทคโนโลยีสมัยใหม่ อุปกรณ์ไจโรสโคปิกต่างๆ (ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอุปกรณ์ระดับสูง) เช่น เข็มทิศ ตัวปรับความเสถียร ฯลฯ ได้รับการติดตั้งบนเรือและเครื่องบิน

นั่นคือการใช้ของเล่นที่ดูเรียบง่ายให้เกิดประโยชน์

ศิลปะของนักเล่นกล

เทคนิคที่น่าทึ่งมากมายของโปรแกรมการเล่นปาหี่ที่หลากหลายนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุที่หมุนเพื่อรักษาทิศทางของแกนการหมุนด้วย ผมขอยกข้อความที่ตัดตอนมาจากหนังสือที่น่าสนใจของศาสตราจารย์นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ลูกข่างของจอห์น เพอร์รี่

รูปที่ 28 การโยนเหรียญแบบหมุนบินได้อย่างไร

รูปที่ 29 เหรียญที่ถูกโยนโดยไม่หมุนจะตกลงสู่ตำแหน่งสุ่ม

รูปที่ 30 หมวกที่ถูกขว้างจะจับได้ง่ายกว่าหากหมุนรอบแกน

“วันหนึ่ง ฉันได้สาธิตการทดลองบางอย่างของฉันก่อนที่ผู้ชมจะดื่มกาแฟและสูบบุหรี่ในห้องที่สวยงามแห่งหนึ่ง ห้องคอนเสิร์ต“วิคตอเรีย” ในลอนดอน ฉันพยายามทำให้ผู้ฟังสนใจมากที่สุด และพูดคุยกันว่าแหวนแบนจะต้องหมุนอย่างไรหากต้องการโยน เพื่อจะได้ระบุล่วงหน้าได้ว่าแหวนจะตกลงไปที่ใด พวกเขาทำสิ่งเดียวกันหากต้องการโยนหมวกให้ใครบางคนเพื่อที่เขาจะได้จับวัตถุนี้ด้วยไม้ คุณสามารถพึ่งพาความต้านทานที่วัตถุที่กำลังหมุนออกเมื่อทิศทางของแกนเปลี่ยนไปได้เสมอ ฉันอธิบายเพิ่มเติมให้ผู้ฟังฟังว่าการขัดลำกล้องปืนใหญ่อย่างราบรื่นแล้ว ไม่มีใครสามารถนับความแม่นยำของการมองเห็นได้เลย เป็นผลให้มีการสร้างปากกระบอกปืนปืนไรเฟิลนั่นคือร่องรูปเกลียวถูกตัดออกที่ด้านในของปากกระบอกปืนปืนใหญ่ซึ่งส่วนที่ยื่นออกมาของลูกกระสุนปืนใหญ่หรือกระสุนปืนพอดีเพื่อให้ส่วนหลังควรได้รับการเคลื่อนไหวแบบหมุนเมื่อมีแรง จากการระเบิดของดินปืนทำให้ต้องเคลื่อนตัวไปตามช่องปืนใหญ่ ด้วยเหตุนี้กระสุนปืนจึงออกจากปืนด้วยการเคลื่อนที่แบบหมุนที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ

ฉันทำได้เพียงเท่านี้ในระหว่างการบรรยายนี้ เนื่องจากฉันไม่มีความชำนาญในการขว้างหมวกหรือจาน แต่หลังจากที่ฉันบรรยายจบ นักเล่นกลสองคนก็ปรากฏตัวขึ้นบนเวที และฉันก็ไม่ต้องการภาพประกอบของกฎที่กล่าวมาข้างต้นที่ดีไปกว่าที่ศิลปินทั้งสองคนนี้ให้มาด้วยกลอุบายของแต่ละคน พวกเขาขว้างหมวก ห่วง จาน ร่มที่หมุนเข้าหากัน... นักเล่นปาหี่คนหนึ่งขว้างมีดทั้งแถวขึ้นไปในอากาศ จับพวกเขาอีกครั้งแล้วโยนมันขึ้นมาอีกครั้งด้วยความแม่นยำอย่างยิ่ง เมื่อผู้ฟังข้าพเจ้าได้ฟังคำชี้แจงเกี่ยวกับปรากฏการณ์เหล่านี้แล้ว ก็มีความยินดีอย่างยิ่ง เธอสังเกตเห็นการหมุนที่นักเล่นปาหี่ส่งมีดแต่ละเล่มออกจากมือของเขา เพื่อที่เขาจะได้รู้ว่ามีดจะกลับมาหาเขาอีกครั้งในตำแหน่งใด ตอนนั้นฉันรู้สึกประหลาดใจที่การเล่นกลทั้งหมดที่ทำในเย็นวันนั้นแทบจะไม่มีข้อยกเว้นเป็นตัวอย่างของหลักธรรมที่กล่าวไว้ข้างต้น”

แนวทางใหม่ในการแก้ปัญหาโคลัมบัส

โคลัมบัสแก้ปัญหาที่มีชื่อเสียงของเขาในการวางไข่ง่ายๆ เกินไป นั่นคือเขาทำให้เปลือกไข่แตก โดยพื้นฐานแล้วการตัดสินใจครั้งนี้ไม่ถูกต้อง: เมื่อหักเปลือกไข่โคลัมบัสก็เปลี่ยนรูปร่างดังนั้นจึงไม่ได้วางไข่ แต่เป็นร่างอื่น ท้ายที่สุดสาระสำคัญทั้งหมดของปัญหาอยู่ที่รูปร่างของไข่: โดยการเปลี่ยนรูปร่างเราจะแทนที่ไข่ด้วยวัตถุอื่น โคลัมบัสไม่ได้ให้วิธีแก้ปัญหาแก่ร่างกายที่ต้องการ

รูปที่ 31 วิธีแก้ไขปัญหาโคลัมบัส: ไข่หมุนขณะยืนหงาย

ในขณะเดียวกันคุณสามารถแก้ปัญหาของนักเดินเรือผู้ยิ่งใหญ่ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนรูปร่างของไข่เลยหากคุณใช้คุณสมบัติของด้านบน ในการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะทำให้ไข่หมุนไปรอบแกนยาวของมัน - และมันจะยืนบนปลายทื่อหรือแหลมคมได้ระยะหนึ่งโดยไม่พลิกคว่ำ รูปภาพแสดงวิธีการทำสิ่งนี้: ไข่มีการเคลื่อนไหวแบบหมุนโดยใช้นิ้วของคุณ เมื่อละมือออก คุณจะเห็นว่าไข่ยังคงหมุนตั้งตรงอยู่ระยะหนึ่ง: ปัญหาได้รับการแก้ไขแล้ว

ในการทดลองต้องทานไข่ต้มอย่างแน่นอน ข้อจำกัดนี้ไม่ขัดแย้งกับเงื่อนไขของปัญหาของโคลัมบัส เมื่อเสนอแล้ว โคลัมบัสก็หยิบไข่จากโต๊ะทันที และสันนิษฐานว่าไม่ได้เสิร์ฟไข่ดิบบนโต๊ะ คุณแทบจะไม่สามารถให้ไข่ดิบหมุนตั้งตรงได้เนื่องจากในกรณีนี้มวลของเหลวภายในเป็นตัวเบรก นี่เป็นวิธีง่ายๆ ในการแยกแยะไข่ดิบออกจากไข่ต้มซึ่งเป็นเทคนิคที่แม่บ้านหลายคนรู้จัก

แรงโน้มถ่วง "ทำลาย"

“น้ำไม่ได้ไหลออกจากภาชนะที่หมุน และจะไม่ไหลออกมาแม้ในขณะที่ภาชนะกลับหัว เพราะว่าการหมุนขัดขวางสิ่งนี้” อริสโตเติลเขียนเมื่อสองพันปีก่อน ในรูป เลข 32 บรรยายถึงการทดลองอันน่าทึ่งนี้ ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าหลายคนคงคุ้นเคย โดยการหมุนถังน้ำอย่างรวดเร็วเพียงพอ ดังที่แสดงในภาพ คุณจะพบว่าน้ำไม่หกออกมาแม้แต่ในส่วนที่ถังน้ำนั้นไหลออกมา ถูกพลิกคว่ำ

ในชีวิตประจำวัน เป็นเรื่องปกติที่จะอธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วย "แรงเหวี่ยง" ซึ่งหมายถึงแรงในจินตนาการที่คาดว่าจะนำไปใช้กับร่างกายและกำหนดความปรารถนาที่จะเคลื่อนออกจากจุดศูนย์กลางการหมุน ไม่มีพลังนี้: ความปรารถนานี้ไม่มีอะไรมากไปกว่าการสำแดงของความเฉื่อยและการเคลื่อนไหวใด ๆ โดยความเฉื่อยจะดำเนินการโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของกำลัง ในวิชาฟิสิกส์ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์หมายถึงอย่างอื่น กล่าวคือ แรงจริงที่วัตถุที่กำลังหมุนอยู่ดึงด้ายที่ยึดด้ายไว้หรือกดบนเส้นทางโค้งของมัน แรงนี้ไม่ได้นำไปใช้กับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ แต่กับสิ่งกีดขวางที่ป้องกันไม่ให้เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง: กับเกลียว, กับรางบนส่วนโค้งของราง ฯลฯ

เมื่อหันไปใช้การหมุนของถังเราจะพยายามเข้าใจสาเหตุของปรากฏการณ์นี้โดยไม่ต้องอาศัยแนวคิดที่คลุมเครือของ "แรงเหวี่ยง" เลย ลองถามตัวเองดูว่ากระแสน้ำจะไปที่ไหนถ้ามีการทำรูที่ผนังถัง? หากไม่มีแรงโน้มถ่วง แรงเฉื่อยของน้ำจะพุ่งไปตามเส้นสัมผัส AK ไปยังวงกลม AB (รูปที่ 32) แรงโน้มถ่วงทำให้เจ็ทลดลงและอธิบายเส้นโค้ง (พาราโบลา AR) หากความเร็วรอบนอกสูงเพียงพอ เส้นโค้งนี้จะตั้งอยู่นอกวงกลม AB สายน้ำเผยให้เห็นเส้นทางที่อยู่ตรงหน้าเรา ซึ่งเมื่อถังหมุน น้ำจะเคลื่อนที่หากถังไม่รบกวนแรงดันที่อยู่บนถัง ตอนนี้เห็นได้ชัดว่าน้ำไม่ได้มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวลงในแนวตั้งเลยดังนั้นจึงไม่ไหลออกจากถัง มันสามารถไหลออกมาได้ก็ต่อเมื่อถังมีรูหันไปในทิศทางที่หมุน

รูปที่ 32. เหตุใดน้ำจึงไม่ไหลออกจากถังหมุน

ตอนนี้ให้คำนวณด้วยความเร็วที่ต้องหมุนถังในการทดลองนี้เพื่อไม่ให้น้ำไหลออกมา ความเร็วนี้จะต้องทำให้ความเร่งสู่ศูนย์กลางของถังหมุนไม่น้อยกว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วง จากนั้นเส้นทางที่น้ำมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่จะอยู่นอกวงกลมที่ถังอธิบายไว้ และน้ำจะไม่ล้าหลัง ถังทุกที่ สูตรคำนวณความเร่งสู่ศูนย์กลาง W คือ

โดยที่ v คือความเร็วรอบนอก R คือรัศมีของเส้นทางวงกลม เนื่องจากความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกคือ g = 9.8 m/sec2 เราจึงมีความไม่เท่าเทียมกัน v2/R» = 9.8 ถ้าเราตั้ง R เท่ากับ 70 ซม. แล้ว

ความสามารถของของเหลวในการกดกับผนังของภาชนะที่หมุนรอบแกนนอนนั้นถูกใช้ในเทคโนโลยีสำหรับการหล่อแบบแรงเหวี่ยง ในกรณีนี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่ของเหลวที่ต่างกันจะถูกแบ่งชั้นตามความถ่วงจำเพาะ: ส่วนประกอบที่หนักกว่าจะอยู่ไกลจากแกนหมุน ส่วนส่วนที่เบากว่าจะอยู่ในบริเวณใกล้กับแกนมากขึ้น เป็นผลให้ก๊าซทั้งหมดที่มีอยู่ในโลหะหลอมเหลวและก่อตัวที่เรียกว่า "เปลือก" ในการหล่อจะถูกปล่อยออกจากโลหะเข้าไปในส่วนที่กลวงด้านในของการหล่อ ผลิตภัณฑ์ที่ทำในลักษณะนี้มีความหนาแน่นและปราศจากเปลือกหอย การหล่อแบบแรงเหวี่ยงมีราคาถูกกว่าการฉีดขึ้นรูปทั่วไปและไม่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อน

คุณเป็นกาลิเลโอ

สำหรับผู้ชื่นชอบความรู้สึกที่รุนแรงบางครั้งก็มีความบันเทิงที่แปลกประหลาดมากซึ่งเรียกว่า "วงสวิงของปีศาจ" มีการแกว่งในเลนินกราด ฉันไม่จำเป็นต้องเหวี่ยงมันด้วยตัวเอง ดังนั้นฉันจะให้คำอธิบายจากคอลเลกชันความสนุกทางวิทยาศาสตร์ของ Fedo ที่นี่:

“วงสวิงถูกแขวนไว้จากคานแนวนอนที่แข็งแรงซึ่งโยนข้ามห้องด้วยความสูงที่ทราบเหนือพื้น เมื่อทุกคนนั่งแล้ว คนรับใช้ที่ได้รับมอบหมายเป็นพิเศษจะล็อคประตู ประตูหน้าถอดกระดานที่ทำหน้าที่เป็นทางเข้าออก และประกาศว่าตอนนี้เขาจะให้โอกาสผู้ชมได้เดินทางทางอากาศระยะสั้น เริ่มแกว่งวงสวิงเบา ๆ หลังจากนั้นเขาก็นั่งเอนหลังเหมือนโค้ชที่ส้นเท้าหรือออกจากห้องโถงไปเลย

ในขณะเดียวกันวงสวิงก็ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เห็นได้ชัดว่ามันสูงขึ้นไปจนถึงความสูงของคานประตู จากนั้นก็เลยออกไป สูงขึ้นเรื่อยๆ และในที่สุดก็อธิบายวงกลมที่สมบูรณ์ การเคลื่อนไหวเร่งความเร็วมากขึ้นเรื่อย ๆ อย่างเห็นได้ชัดและนักแลกแม้ว่าส่วนใหญ่จะได้รับการเตือนแล้ว แต่ก็สัมผัสได้ถึงความรู้สึกที่ไม่อาจปฏิเสธได้ของการแกว่งและการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว สำหรับพวกเขาดูเหมือนว่าพวกเขากำลังรีบพลิกคว่ำในอวกาศเพื่อที่พวกเขาจะได้คว้าเบาะหลังโดยไม่ตั้งใจเพื่อไม่ให้ล้ม

แต่ขอบเขตเริ่มลดลง การสวิงไม่ขึ้นถึงความสูงของคานอีกต่อไป และหลังจากนั้นไม่กี่วินาที มันก็หยุดสนิท

รูปที่ 33 แผนผังของอุปกรณ์ "วงสวิงปีศาจ"

ในความเป็นจริง วงสวิงแขวนอยู่ตลอดเวลาในขณะที่การทดลองดำเนินต่อไป และห้องนั้นก็หมุนผ่านผู้ชมไปรอบแกนนอนด้วยความช่วยเหลือของกลไกที่เรียบง่ายมาก เฟอร์นิเจอร์หลายประเภทติดอยู่กับพื้นหรือผนังห้องโถง โคมไฟที่บัดกรีเข้ากับโต๊ะในลักษณะที่ดูเหมือนล้มง่ายประกอบด้วยหลอดไฟฟ้าไส้ที่ซ่อนอยู่ใต้ฝากระโปรงขนาดใหญ่ โดยพื้นฐานแล้ว ผู้ดูแลซึ่งเห็นได้ชัดว่ากำลังโยกชิงช้าและผลักเบาๆ นั้น จับคู่พวกเขาเข้ากับการสั่นสะเทือนเบาๆ ของห้องโถงและแสร้งทำเป็นว่าแกว่งเท่านั้น สถานการณ์ทั้งหมดมีส่วนช่วยให้การหลอกลวงสำเร็จอย่างสมบูรณ์”

อย่างที่คุณเห็นความลับของภาพลวงตานั้นเรียบง่ายอย่างน่าขัน และถึงกระนั้นหากตอนนี้เมื่อรู้แล้วว่าเกิดอะไรขึ้น คุณพบว่าตัวเองอยู่ใน "การแกว่งไปมา" คุณจะต้องยอมจำนนต่อการหลอกลวงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นั่นคือพลังแห่งภาพลวงตา!

จำบทกวี "การเคลื่อนไหว" ของพุชกินได้ไหม?

ไม่มีการเคลื่อนไหว” ปราชญ์มีหนวดมีเครากล่าว

ถ้าแท่นหมุนมีความโค้งจนพื้นผิวตั้งฉากกับจุดที่เกิดในแต่ละจุดด้วยความเร็วระดับหนึ่ง บุคคลที่วางอยู่บนพื้นจะรู้สึกทุกจุดราวกับอยู่บนระนาบแนวนอน จากการคำนวณทางคณิตศาสตร์พบว่าพื้นผิวโค้งดังกล่าวเป็นพื้นผิวของตัวเรขาคณิตพิเศษ - พาราโบลาลอยด์ สามารถรับได้โดยการหมุนแก้วครึ่งหนึ่งที่เต็มไปด้วยน้ำอย่างรวดเร็วรอบแกนตั้ง จากนั้นน้ำที่ขอบจะเพิ่มขึ้น ตรงกลางจะตกลง และพื้นผิวจะเป็นรูปทรงพาราโบลาลอยด์

ถ้าเราเทขี้ผึ้งที่ละลายแล้วลงในแก้วแทนน้ำแล้วหมุนต่อไปจนกว่าขี้ผึ้งจะเย็นลง พื้นผิวที่แข็งตัวของมันจะทำให้เรามีรูปร่างเหมือนพาราโบลาอย่างแน่นอน ที่ความเร็วการหมุนระดับหนึ่ง พื้นผิวดังกล่าวมีไว้สำหรับวัตถุที่มีน้ำหนักมาก เหมือนกับแนวนอน: ลูกบอลที่วาง ณ จุดใด ๆ จะไม่กลิ้งลงมา แต่ยังคงอยู่ที่ระดับนี้ (รูปที่ 36)

ตอนนี้มันจะง่ายต่อการเข้าใจโครงสร้างของลูกบอล "หลงเสน่ห์"

ด้านล่าง (รูปที่ 37) ประกอบด้วยแท่นหมุนขนาดใหญ่ ซึ่งให้ความโค้งของพาราโบลาลอยด์ แม้ว่าการหมุนจะราบรื่นมากด้วยกลไกที่ซ่อนอยู่ใต้แท่น แต่ผู้คนบนแท่นจะยังคงรู้สึกเวียนหัวหากวัตถุโดยรอบไม่เคลื่อนไหวตามพวกเขา เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้สังเกตการณ์ตรวจจับการเคลื่อนไหว แท่นจะถูกวางไว้ในลูกบอลขนาดใหญ่ที่มีผนังทึบ ซึ่งหมุนด้วยความเร็วเท่ากับแท่นนั้น

รูปที่ 36 ถ้าแก้วนี้หมุนด้วยความเร็วเพียงพอ ลูกบอลจะไม่กลิ้งไปด้านล่าง

รูปที่ 37 ลูกบอล “Enchanted” (ส่วน)

นี่คือโครงสร้างของม้าหมุนนี้ ซึ่งเรียกว่าทรงกลม "ร่ายมนตร์" หรือ "เวทมนตร์" คุณได้รับประสบการณ์อะไรบ้างเมื่ออยู่บนแท่นภายในทรงกลม? เมื่อหมุน พื้นใต้เท้าของคุณจะอยู่ในแนวนอน ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนบนส่วนโค้งของแท่น - ที่แกน ซึ่งพื้นอยู่ในแนวนอนอย่างแท้จริง หรือที่ขอบ ซึ่งเอียงที่ 45° ดวงตามองเห็นความเว้าได้ชัดเจน แต่ความรู้สึกของกล้ามเนื้อบ่งบอกว่ามีที่ราบอยู่ใต้คุณ

หลักฐานของประสาทสัมผัสทั้งสองขัดแย้งกันในลักษณะที่น่าทึ่งที่สุด หากคุณย้ายจากขอบด้านหนึ่งของชานชาลาไปยังอีกด้านหนึ่ง ดูเหมือนว่าลูกบอลขนาดใหญ่ทั้งหมดกลิ้งไปอีกด้านหนึ่งด้วยน้ำหนักตัวของคุณอย่างง่ายดายด้วยฟองสบู่: ทุกจุดให้ความรู้สึกเหมือนอยู่บนระนาบแนวนอน และตำแหน่งของคนอื่นที่ยืนเฉียงบนชานชาลาน่าจะดูแปลกสำหรับคุณอย่างยิ่ง: ดูเหมือนว่าคุณจะมีผู้คนกำลังเดินอยู่บนกำแพงเหมือนแมลงวัน (รูปที่ 39)

น้ำที่เทลงบนพื้นของลูกบอลเวทมนตร์จะกระจายเป็นชั้นเท่าๆ กันบนพื้นผิวโค้งของมัน สำหรับคนทั่วไปแล้วดูเหมือนว่าน้ำที่นี่ตั้งตระหง่านอยู่ตรงหน้าพวกเขาเหมือนกำแพงเอียง

ความคิดปกติเกี่ยวกับกฎแรงโน้มถ่วงดูเหมือนจะถูกยกเลิกไปในลูกบอลที่น่าทึ่งนี้ และเราถูกส่งไปยังโลกแห่งสิ่งมหัศจรรย์อันงดงาม...

นักบินมีความรู้สึกคล้าย ๆ กันเมื่อหมุนตัว ดังนั้น หากเขาบินด้วยความเร็ว 200 กม. ต่อชั่วโมงไปตามทางโค้งที่มีรัศมี 500 ม. โลกก็ควรจะปรากฏต่อเขาว่าถูกยกขึ้นและเอียง 16°

รูปที่ 38 ตำแหน่งที่แท้จริงของผู้คนภายในลูกบอล "ร่ายมนตร์"

รูปที่ 39 ตำแหน่งที่นำเสนอต่อผู้มาเยี่ยมทั้งสองคน

รูปที่ 40 ห้องปฏิบัติการแบบหมุนเวียน - ตำแหน่งจริง

รูปที่ 41 ตำแหน่งที่ปรากฏของห้องปฏิบัติการหมุนเวียนเดียวกัน

ในประเทศเยอรมนี ในเมืองเกิตทิงเงน มีการสร้างห้องปฏิบัติการหมุนเวียนที่คล้ายกันเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ นี่ (รูปที่ 40) เป็นห้องทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 ม. หมุนด้วยความเร็วสูงถึง 50 รอบต่อวินาที เนื่องจากพื้นห้องเรียบ เมื่อหมุน ดูเหมือนว่าผู้สังเกตการณ์ยืนอยู่ใกล้ผนังห้องจึงเอียงไปด้านหลัง และตัวเขาเองกำลังเอนกายอยู่บนผนังที่ลาดเอียง (รูปที่ 41)

กล้องโทรทรรศน์ของเหลว

รูปร่างที่ดีที่สุดสำหรับกระจกของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงคือพาราโบลา ซึ่งก็คือรูปร่างที่พื้นผิวของของเหลวในภาชนะที่หมุนอยู่ตามธรรมชาติพอดี นักออกแบบกล้องโทรทรรศน์ทุ่มเทความพยายามอย่างมากเพื่อทำให้กระจกมีรูปร่างเช่นนี้ การทำกระจกสำหรับกล้องโทรทรรศน์ต้องใช้เวลาหลายปี วูด นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน หลีกเลี่ยงความยากลำบากเหล่านี้ด้วยการสร้างกระจกเหลว: ด้วยการหมุนปรอทในภาชนะขนาดกว้าง เขาได้พื้นผิวพาราโบลาในอุดมคติที่สามารถทำหน้าที่เป็นกระจกได้ เนื่องจากปรอทสะท้อนรังสีแสงได้ดี กล้องโทรทรรศน์ของวู้ดถูกติดตั้งไว้ในบ่อน้ำตื้น

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของกล้องโทรทรรศน์ก็คือ การกระแทกเพียงเล็กน้อยทำให้พื้นผิวของกระจกเหลวเกิดรอยย่นและทำให้ภาพบิดเบี้ยว เช่นเดียวกับที่กระจกแนวนอนทำให้สามารถตรวจสอบเฉพาะผู้ทรงคุณวุฒิที่อยู่ในจุดสุดยอดได้โดยตรง

"วงปีศาจ"

คุณอาจคุ้นเคยกับเคล็ดลับการปั่นจักรยานที่น่าเหลือเชื่อซึ่งบางครั้งทำในละครสัตว์: นักปั่นจักรยานขี่เป็นวงจากล่างขึ้นบนและวนเต็มวงกลม แม้ว่าจะต้องขี่กลับหัวที่ด้านบนของวงกลมก็ตาม ทางเดินไม้ถูกจัดเรียงในเวทีในรูปแบบของวงที่มีหนึ่งหรือหลายลอนดังแสดงในรูปที่ 42 ของเรา ศิลปินขี่จักรยานไปตามส่วนที่เอียงของวงจากนั้นก็ขึ้นม้าเหล็กอย่างรวดเร็ว ตามแนววงกลมแล้วเลี้ยวเต็ม ก้มหัวลงอย่างแท้จริง และเลื่อนลงสู่พื้นอย่างปลอดภัย

รูปที่ 42. “วงวนของปีศาจ” ด้านล่างซ้ายเป็นแผนภาพสำหรับการคำนวณ

เคล็ดลับการปั่นจักรยานที่น่าสงสัยนี้ดูเหมือนจะเป็นจุดสูงสุดของศิลปะกายกรรม ประชาชนที่งุนงงถามตัวเองด้วยความสับสน: พลังลึกลับอะไรที่ทำให้คนบ้าระห่ำคว่ำลง? ผู้ที่ไม่ไว้วางใจก็พร้อมที่จะสงสัยว่าจะมีการหลอกลวงอันชาญฉลาดที่นี่ แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่มีอะไรที่เหนือธรรมชาติในกลอุบายนี้ มันอธิบายได้ทั้งหมดตามกฎของกลศาสตร์ ลูกบิลเลียดที่ปล่อยไปตามเส้นทางนี้ก็ทำเช่นเดียวกันและประสบความสำเร็จไม่น้อย มี "วงปีศาจ" ขนาดเล็กในห้องเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียน

สิ้นสุดการทดลองใช้ฟรี

หน้าปัจจุบัน: 1 (หนังสือมีทั้งหมด 13 หน้า) [ข้อความอ่านที่มีอยู่: 3 หน้า]

ยาโคฟ เปเรลมาน
ฟิสิกส์ที่สนุกสนาน เล่ม 1

สำนักพิมพ์ "RIMIS" เป็นผู้ได้รับรางวัลวรรณกรรมตามชื่อ อเล็กซานดรา เบลยาเยฟ 2551

ข้อความและภาพวาดได้รับการฟื้นฟูจากหนังสือโดย Ya. I. Perelman "Entertaining Physics" ซึ่งจัดพิมพ์โดย P. P. Soykin (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) ในปี 1913

© RIMIS Publishing House, ฉบับ, การออกแบบ, 2009

* * *

ผู้เผยแพร่วิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น

นักร้องคณิตศาสตร์, กวีฟิสิกส์, กวีดาราศาสตร์, ผู้ประกาศข่าวอวกาศ - นี่คือและยังคงอยู่ในความทรงจำของ Yakov Isidorovich Perelman ซึ่งหนังสือของเขาขายไปทั่วโลกเป็นล้านเล่ม

ชื่อของบุคคลที่น่าทึ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นและการพัฒนาประเภทพิเศษ - ความบันเทิง - ของการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ให้แพร่หลาย ผู้เขียนหนังสือและโบรชัวร์มากกว่าร้อยเล่มเขามีพรสวรรค์ที่หายากในการพูดคุยเกี่ยวกับความจริงทางวิทยาศาสตร์ที่แห้งแล้งด้วยวิธีที่น่าตื่นเต้นและน่าสนใจ กระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นและความอยากรู้อยากเห็นอันร้อนแรง - นี่เป็นขั้นตอนแรกของการทำงานอิสระของจิตใจ

การทำความคุ้นเคยกับหนังสือวิทยาศาสตร์และบทความยอดนิยมของเขาสั้นๆ ก็เพียงพอแล้ว เพื่อดูทิศทางพิเศษของความคิดสร้างสรรค์ของผู้เขียน เป้าหมายของ Perelman คือการแสดงปรากฏการณ์ธรรมดาในมุมมองที่ไม่ธรรมดาและขัดแย้งกัน ในขณะเดียวกันก็รักษาความไร้ที่ติทางวิทยาศาสตร์ของการตีความไว้ คุณสมบัติหลักของมัน วิธีการสร้างสรรค์เป็นความสามารถพิเศษในการทำให้ผู้อ่านประหลาดใจ โดยสามารถดึงดูดความสนใจของเขาตั้งแต่คำแรก “เราเลิกแปลกใจตั้งแต่เนิ่นๆ” Perelman เขียนในบทความของเขา “What is Entertaining Science” “เราสูญเสียความสามารถที่กระตุ้นให้เราสนใจสิ่งต่าง ๆ ที่ไม่ส่งผลโดยตรงต่อการดำรงอยู่ของเราตั้งแต่เนิ่นๆ... น้ำจะเป็นได้หากไม่มี ข้อสงสัย คือ สสารที่น่าทึ่งที่สุดในธรรมชาติ และดวงจันทร์ - สิ่งที่น่าพิศวงที่สุดในท้องฟ้า หากไม่ได้เห็นทั้งสองสิ่งนี้บ่อยเกินไป”

เพื่อแสดงให้เห็นความธรรมดาในแสงที่ไม่ธรรมดา Perelman ใช้วิธีการเปรียบเทียบที่ไม่คาดคิดได้อย่างชาญฉลาด การคิดเชิงวิทยาศาสตร์ที่เฉียบคม วัฒนธรรมทั่วไป กายภาพ และคณิตศาสตร์ขนาดใหญ่ การใช้ข้อเท็จจริงและโครงเรื่องทางวรรณกรรม วิทยาศาสตร์ และในชีวิตประจำวันอย่างเชี่ยวชาญ การตีความที่มีไหวพริบอันน่าอัศจรรย์และคาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิงนำไปสู่การปรากฏตัวของเรื่องสั้นและบทความทางวิทยาศาสตร์และศิลปะที่น่าสนใจที่อ่าน ด้วยความเอาใจใส่และความสนใจอย่างไม่ลดละ อย่างไรก็ตาม การนำเสนอที่สนุกสนานไม่ได้จบลงในตัวมันเองเสมอไป ในทางตรงกันข้ามไม่ใช่การเปลี่ยนวิทยาศาสตร์ให้กลายเป็นความสนุกสนานและความบันเทิง แต่เพื่อให้ความมีชีวิตชีวาและศิลปะของการนำเสนอในการทำความเข้าใจความจริงทางวิทยาศาสตร์ - นี่คือสาระสำคัญของวิธีการทางวรรณกรรมและการเผยแพร่ของ Yakov Isidorovich “เพื่อไม่ให้มีความผิวเผิน เพื่อจะได้รู้ข้อเท็จจริง...” - Perelman ปฏิบัติตามแนวคิดนี้อย่างเคร่งครัดตลอดอาชีพสร้างสรรค์ 43 ปีของเขา เป็นการผสมผสานระหว่างความน่าเชื่อถือทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มงวดและรูปแบบการนำเสนอเนื้อหาที่สนุกสนานและไม่สำคัญซึ่งความลับของความสำเร็จอย่างต่อเนื่องของหนังสือของ Perelman ซ่อนอยู่

Perelman ไม่ใช่นักเขียนเก้าอี้นวม เขาหย่าร้างจากโลกแห่งความเป็นจริง เขาตอบสนองต่อความต้องการในทางปฏิบัติของประเทศของเขาทันทีในลักษณะนักข่าว เมื่อในปี พ.ศ. 2461 สภาผู้บังคับการประชาชนของ RSFSR ได้ออกพระราชกฤษฎีกาเกี่ยวกับการแนะนำระบบเมตริกของน้ำหนักและการวัด Yakov Isidorovich เป็นคนแรกที่เผยแพร่โบรชัวร์ยอดนิยมหลายรายการในหัวข้อนี้ เขามักจะบรรยายให้กับผู้ชมเรื่องงาน โรงเรียน และการทหาร (เขาบรรยายประมาณสองพันครั้ง) ตามคำแนะนำของ Perelman ซึ่งสนับสนุนโดย N.K. Krupskaya ในปี 1919 นิตยสารวิทยาศาสตร์ยอดนิยมฉบับแรกของสหภาพโซเวียตเริ่มตีพิมพ์ "In the Workshop of Nature" (ภายใต้กองบรรณาธิการของเขาเอง) Yakov Isidorovich ไม่ได้อยู่ห่างจากการปฏิรูป มัธยม.

ต้องเน้นย้ำว่ากิจกรรมการสอนของ Perelman นั้นมีพรสวรรค์อย่างแท้จริงเช่นกัน เขาสอนวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ในสถาบันการศึกษาระดับสูงและมัธยมศึกษาเป็นเวลาหลายปี นอกจากนี้เขายังเขียนหนังสือเรียนจำนวน 18 เล่มและ สื่อการสอนสำหรับโรงเรียนแรงงานสหพันธ์โซเวียต สองคนในนั้น - "Physical Reader" ฉบับที่ 2 และ "หนังสือปัญหาใหม่เกี่ยวกับเรขาคณิต" (1923) ได้รับการยกย่องอย่างสูงให้จัดวางบนชั้นวางของ Kremlin Library ของ Vladimir Ilyich Lenin

ภาพของ Perelman ยังคงอยู่ในความทรงจำของฉัน - เป็นคนที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวาง ถ่อมตัวมาก ค่อนข้างขี้อาย ถูกต้องและมีเสน่ห์อย่างยิ่ง พร้อมเสมอที่จะให้ความช่วยเหลือที่จำเป็นแก่เพื่อนร่วมงานของเขา เขาเป็นคนทำงานด้านวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง

เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม พ.ศ. 2478 House of Entertaining Science เริ่มทำงานในเลนินกราด ซึ่งเป็นนิทรรศการหนังสือของ Perelman ที่มองเห็นได้ชัดเจน ผู้เยี่ยมชมหลายแสนคนเดินผ่านห้องโถงของสถาบันวัฒนธรรมและการศึกษาที่มีเอกลักษณ์แห่งนี้ ในหมู่พวกเขาคือเด็กนักเรียนเลนินกราด Georgy Grechko ซึ่งปัจจุบันเป็นนักบินอวกาศของสหภาพโซเวียตฮีโร่สองคนของสหภาพโซเวียตแพทย์สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ ชะตากรรมของนักบินอวกาศอีกสองคน - วีรบุรุษแห่งสหภาพโซเวียต K. P. Feoktistov และ B. B. Egorov - ยังเกี่ยวข้องกับ Perelman: ในวัยเด็กพวกเขาเริ่มคุ้นเคยกับหนังสือ "Interplanetary Travel" และเริ่มสนใจในเรื่องนี้

เมื่อครั้งยิ่งใหญ่ สงครามรักชาติ, Ya. I. ความรักชาติของ Perelman และจิตสำนึกอันสูงส่งของเขาในการปฏิบัติหน้าที่ของพลเมืองต่อมาตุภูมินั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน เมื่อยังคงอยู่ในเลนินกราดที่ถูกปิดล้อมเขาไม่ใช่ชายหนุ่มอีกต่อไป (เขาอายุ 60 ปี) อดทนอย่างแน่วแน่พร้อมกับเลนินกราดทั้งหมดความทรมานและความยากลำบากของการปิดล้อมอย่างไร้มนุษยธรรม แม้จะมีการยิงปืนใหญ่ของศัตรูและการทิ้งระเบิดทางอากาศในเมือง ยาโคฟ อิซิโดโรวิชก็พบความเข้มแข็งที่จะเอาชนะความหิวโหยและความหนาวเย็น และเดินจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งของเลนินกราดเพื่อเข้าร่วมการบรรยายในหน่วยทหาร เขาได้บรรยายให้กับเจ้าหน้าที่ลาดตระเวนของกองทัพบกและกองทัพเรือ รวมถึงพลพรรค เกี่ยวกับสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในขณะนั้น นั่นคือความสามารถในการสำรวจภูมิประเทศและกำหนดระยะทางไปยังเป้าหมายโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือใดๆ ถูกแล้ว และวิทยาศาสตร์เพื่อความบันเทิงก็มีจุดประสงค์เพื่อเอาชนะศัตรู!

เพื่อความผิดหวังครั้งใหญ่ของเราเมื่อวันที่ 16 มีนาคม พ.ศ. 2485 ยาโคฟ อิซิโดโรวิชถึงแก่กรรม - เขาเสียชีวิตระหว่างถูกล้อมด้วยความหิวโหย...

หนังสือของ Ya. I. Perelman ยังคงรับใช้ผู้คนมาจนถึงทุกวันนี้ - พวกเขาได้รับการตีพิมพ์ซ้ำอย่างต่อเนื่องในประเทศของเราพวกเขาประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องในหมู่ผู้อ่าน หนังสือของ Perelman เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในต่างประเทศ ได้รับการแปลเป็นภาษาฮังการี บัลแกเรีย อังกฤษ ฝรั่งเศส เยอรมัน และภาษาต่างประเทศอื่นๆ อีกมากมาย

ตามคำแนะนำของฉัน หลุมอุกกาบาตแห่งหนึ่งที่อยู่อีกฟากหนึ่งของดวงจันทร์ถูกตั้งชื่อว่า "เพเรลแมน"

นักวิชาการ V. P. Glushko

ข้อความที่ตัดตอนมาจากคำนำของหนังสือ "Doctor of Entertainment Sciences" (G. I. Mishkevich, M.: "Znanie", 1986)

คำนำ

หนังสือที่เสนอในแง่ของลักษณะของเนื้อหาที่รวบรวมในนั้นค่อนข้างแตกต่างจากคอลเลกชันอื่น ๆ ประเภทนี้ การทดลองทางกายภาพในความหมายที่เข้มงวดของคำนั้นได้รับรองในนั้น งานด้านความบันเทิง คำถามที่ซับซ้อน และความขัดแย้งจากสาขาฟิสิกส์ระดับประถมศึกษาซึ่งสามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ของความบันเทิงทางจิตได้ถูกนำเสนอมาก่อน อย่างไรก็ตาม งานนวนิยายบางชิ้น (Jules Verne, C. Flammarion, E. Poe ฯลฯ ) ถูกใช้เป็นเนื้อหาที่คล้ายกัน โดยกล่าวถึงประเด็นทางฟิสิกส์ คอลเลกชันนี้ยังมีบทความเกี่ยวกับประเด็นที่น่าสนใจของฟิสิกส์เบื้องต้น ซึ่งปกติจะไม่มีการกล่าวถึงในหนังสือเรียน

จากการทดลองต่างๆ หนังสือเล่มนี้ประกอบด้วยการทดลองที่ไม่เพียงแต่ให้ความรู้เท่านั้น แต่ยังให้ความบันเทิงอีกด้วย และยิ่งไปกว่านั้น สามารถทำได้โดยใช้วัตถุที่อยู่ใกล้มือเสมอ การทดลองและภาพประกอบสำหรับพวกเขายืมมาจาก Tom Titus, Tisandier, Beuys และคนอื่นๆ

ฉันคิดว่าเป็นหน้าที่ที่น่ายินดีในการแสดงความขอบคุณต่อ I.I. Polferov นักป่าไม้ผู้รอบรู้ซึ่งให้บริการที่ไม่อาจแทนที่ฉันได้ในการอ่านข้อพิสูจน์ล่าสุด

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 2455

ใช่แล้ว เพเรลแมน

ภาพวาดของ Stevin บนหน้าชื่อเรื่องของหนังสือของเขา ("Miracle and Not a Miracle")

บทที่ 1
การบวกและการสลายตัวของการเคลื่อนไหวและกองกำลัง

เราจะเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เร็วขึ้นเมื่อใด - ในระหว่างกลางวันหรือกลางคืน?

คำถามแปลก! ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะไม่สามารถเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนได้ในทางใดทางหนึ่ง นอกจากนี้ บนโลกนี้กลางวันเป็นครึ่งซีกและกลางคืนเป็นอีกซีกหนึ่งเสมอ ดังนั้นคำถามนี้จึงดูไร้ความหมาย

อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ มันไม่เกี่ยวกับว่าเมื่อไหร่ โลกเคลื่อนที่เร็วขึ้น แต่ประมาณเมื่อไร เราผู้คนเรากำลังเคลื่อนไหวค่อนข้างอยู่ในอวกาศโลก และสิ่งนี้เปลี่ยนแปลงสิ่งต่างๆ อย่าลืมว่าเราเคลื่อนไหวสองครั้ง: เราวิ่งไปรอบดวงอาทิตย์และในเวลาเดียวกันก็หมุนรอบแกนโลก ความเคลื่อนไหวทั้งสองนี้ พับขึ้น– และผลลัพธ์ก็แตกต่างออกไป ขึ้นอยู่กับว่าเราอยู่ในครึ่งโลกกลางวันหรือกลางคืน ลองดูภาพวาด - แล้วคุณจะเห็นทันทีว่าความเร็วในการหมุนตอนกลางคืน ถูกเพิ่มไปสู่ความเร็วไปข้างหน้าของโลกและในระหว่างวันในทางกลับกัน ถูกนำออกไปจากเธอ.

ข้าว. 1. ผู้คนในครึ่งโลกกลางคืนเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เร็วกว่าครึ่งวัน

ซึ่งหมายความว่าในเวลากลางคืนเราเคลื่อนที่ไปในอวกาศโลกได้เร็วกว่าตอนกลางวัน

เนื่องจากแต่ละจุดของเส้นศูนย์สูตรวิ่งประมาณครึ่งไมล์ต่อวินาที สำหรับแถบเส้นศูนย์สูตร ความเร็วระหว่างเที่ยงวันและเที่ยงคืนจะต่างกันถึงหนึ่งไมล์ 1
Versta เป็นหน่วยวัดระยะทางของรัสเซีย มีค่าเท่ากับ 500 ฟาทอม หรือ 1,066.781 เมตร – บันทึก เอ็ด

ต่อวินาที. สำหรับเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (อยู่ที่เส้นขนานที่ 60) ความแตกต่างนี้มากกว่าครึ่งหนึ่งพอดี

ความลึกลับของล้อเกวียน

ติดแผ่นเวเฟอร์สีขาวที่ด้านข้างขอบล้อรถเข็น (หรือยางรถจักรยาน) และสังเกตในขณะที่รถเข็น (หรือจักรยาน) เคลื่อนที่ คุณจะสังเกตเห็นปรากฏการณ์ประหลาด: ขณะที่แผ่นเวเฟอร์อยู่ที่ด้านล่างของล้อกลิ้ง แต่ก็มองเห็นได้ค่อนข้างชัดเจน ในทางกลับกันเวเฟอร์เดียวกันจะกะพริบเร็วมากจนคุณไม่มีเวลาดูที่ส่วนบนของวงล้อ มันคืออะไร? เป็นไปได้ไหมที่ล้อบนเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านล่าง?

ความงุนงงของคุณจะเพิ่มขึ้นอีกหากคุณเปรียบเทียบซี่ล้อบนและล่างของล้อกลิ้ง: ปรากฎว่าในขณะที่ซี่ล้อบนผสานเป็นชิ้นเดียวต่อเนื่องกัน แต่ซี่ด้านล่างยังคงมองเห็นได้ค่อนข้างชัดเจน เหมือนกับว่าล้อบนหมุนเร็วกว่าด้านล่าง แต่ในขณะเดียวกัน เราก็เชื่อมั่นว่าล้อจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอในทุกส่วน

คำตอบของปรากฏการณ์ประหลาดนี้คืออะไร? ใช่ครับ ง่ายๆ ว่าส่วนบนของล้อทุกล้อ เคลื่อนที่เร็วกว่าอันด้านล่างจริงๆ. มันดูเหลือเชื่อตั้งแต่แรกเห็น แต่มันก็เป็นเช่นนั้น

การใช้เหตุผลง่ายๆ จะทำให้เรามั่นใจในสิ่งนี้ ให้เราจำไว้ว่าแต่ละจุดของล้อกลิ้งจะเคลื่อนที่สองครั้งพร้อมกัน: มันหมุนรอบแกนและในเวลาเดียวกันก็เคลื่อนที่ไปข้างหน้าพร้อมกับแกนนี้ กำลังเกิดขึ้น บวกสองการเคลื่อนไหว- และผลลัพธ์ของการเพิ่มนี้ไม่เหมือนกันเลยสำหรับส่วนบนและส่วนล่างของล้อ กล่าวคือที่ด้านบนของวงล้อจะมีการเคลื่อนไหวแบบหมุน ถูกเพิ่มเป็นการแปลเนื่องจากการเคลื่อนไหวทั้งสองมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ในส่วนล่างของล้อ การเคลื่อนที่แบบหมุนจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามและ ถูกนำออกไปจากความก้าวหน้า แน่นอนว่าผลลัพธ์แรกมากกว่าวินาที - และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้ส่วนบนของล้อเคลื่อนที่เร็วกว่าส่วนล่าง

ด้านบนของล้อกลิ้งจะเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านล่าง เปรียบเทียบการเคลื่อนไหวของ AA" และ BB"

ในกรณีนี้สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายด้วยการทดลองง่ายๆ ซึ่งเราแนะนำให้ทำในโอกาสที่ดีครั้งแรก ติดไม้ลงบนพื้นข้างล้อของรถเข็นแบบยืน เพื่อให้ไม้ติดกับแกน (ดูรูปที่ 2) บนขอบล้อที่ด้านบนสุดและด้านล่างสุดให้ทำเครื่องหมายด้วยชอล์ก เครื่องหมายเหล่านี้เป็นจุด กและ บีในภาพ - พวกเขาจะต้องต่อสู้กับไม้เท้า ตอนนี้หมุนรถเข็นไปข้างหน้าเล็กน้อย (ดูรูปที่ 3) จนกระทั่งเพลาอยู่ห่างจากแกนประมาณ 1 ฟุต 2
เท้า - (อังกฤษ) เท้า– ฟุต) เป็นหน่วยวัดระยะทางของอังกฤษ อเมริกา และรัสเซียเก่า มีค่าเท่ากับ 30.48 เซนติเมตร ไม่รวมอยู่ในระบบ SI – บันทึก เอ็ด

, – และสังเกตว่าเครื่องหมายของคุณเคลื่อนไหวอย่างไร ปรากฎว่าเครื่องหมายบนสุดคือ ก– เคลื่อนไหวมากกว่าอันล่างอย่างมีนัยสำคัญ – บีซึ่งขยับออกห่างจากไม้เพียงเล็กน้อยในมุมเงยขึ้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทั้งการใช้เหตุผลและประสบการณ์ยืนยันความคิดนี้เมื่อมองแวบแรกอย่างแปลก ๆ ที่ว่าส่วนบนของล้อกลิ้งใด ๆ เคลื่อนที่เร็วกว่าส่วนล่าง

ส่วนใดของจักรยานที่เคลื่อนที่ช้ากว่าส่วนอื่นๆ ทั้งหมด

คุณรู้อยู่แล้วว่าไม่ใช่ทุกจุดของรถเข็นหรือจักรยานที่กำลังเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่เร็วเท่ากัน และจุดของล้อที่สัมผัสกับพื้นจะเคลื่อนที่ช้าที่สุด

แน่นอนว่าทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเพื่อเท่านั้น กลิ้งไม่ใช่ล้อที่หมุนบนแกนคงที่ ตัวอย่างเช่น ในมู่เล่ ทั้งจุดบนและล่างของขอบล้อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน

ความลึกลับของวงล้อรถไฟ

ปรากฏการณ์ที่ไม่คาดคิดยิ่งกว่านั้นเกิดขึ้นในวงล้อรถไฟ แน่นอนว่าล้อเหล่านี้มีขอบที่ยื่นออกมาบนขอบล้อ ดังนั้นจุดต่ำสุดของขอบดังกล่าวเมื่อรถไฟเคลื่อนที่ไม่ได้เคลื่อนไปข้างหน้าเลย แต่ถอยหลัง! นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบโดยใช้เหตุผลที่คล้ายกับครั้งก่อน - และเราปล่อยให้ผู้อ่านได้ข้อสรุปที่ไม่คาดคิด แต่ค่อนข้างถูกต้องว่าในรถไฟที่เคลื่อนที่เร็วมีจุดที่เคลื่อนที่ไม่ไปข้างหน้า แต่ถอยหลัง จริงอยู่ การเคลื่อนไหวย้อนกลับนี้กินเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาทีเล็กน้อย แต่สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงเรื่องนี้: การเคลื่อนไหวย้อนกลับ (และค่อนข้างเร็วในตอนนั้น - เร็วกว่าคนเดินเท้าสองเท่า) ยังคงมีอยู่ ซึ่งตรงกันข้ามกับแนวคิดปกติของเรา

ข้าว. 4.เมื่อล้อรถไฟหมุนไปตามรางไปทางขวาจุด รขอบของเขาเคลื่อนกลับไปทางซ้าย

เรือมาจากไหน?

ลองนึกภาพว่ามีเรือกลไฟแล่นอยู่ในทะเลสาบแล้วปล่อยให้ลูกศร กในรูป เลข 5 แสดงความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ มีเรือลำหนึ่งแล่นผ่านเขาและลูกศร ขแสดงถึงความเร็วและทิศทางของมัน ถ้าถามว่าเรือลำนี้ออกเดินทางจากที่ไหนก็บอกจุดไปทันที กบนฝั่ง. แต่ถ้าคุณถามผู้โดยสารเรือใบด้วยคำถามเดียวกัน พวกเขาจะระบุจุดที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากผู้โดยสารของเรือเห็นว่าเรือไม่ได้เคลื่อนที่ในมุมที่ถูกต้องกับการเคลื่อนที่เลย ไม่ควรลืมว่าพวกเขาไม่รู้สึกถึงการเคลื่อนไหวของตนเอง สำหรับพวกเขาดูเหมือนว่าพวกเขากำลังยืนนิ่งอยู่และเรือก็แล่นด้วยความเร็วไปในทิศทางตรงกันข้าม (จำสิ่งที่เราเห็นเมื่อเราเดินทางด้วยตู้รถไฟ) นั่นเป็นเหตุผล สำหรับพวกเขาเรือไม่ได้เคลื่อนที่ตามทิศทางลูกศรเท่านั้น ขแต่ยังไปในทิศทางของลูกศรด้วย ค, – ซึ่งเท่ากัน กแต่หันไปในทิศทางตรงกันข้าม (ดูรูปที่ 6) การเคลื่อนไหวทั้งสองนี้ - จริงและชัดเจน - เพิ่มขึ้นและเป็นผลให้ผู้โดยสารของเรือดูเหมือนว่าเรือกำลังเคลื่อนที่ในแนวทแยงมุมตามสี่เหลี่ยมด้านขนานที่สร้างขึ้น ขและ ค. เส้นทแยงมุมนี้ ดังแสดงในรูปที่ 1 6 ที่มีเส้นประแสดงถึงขนาดและทิศทางของการเคลื่อนไหวที่ปรากฏ

ข้าว. 5. เรือ ( ข) กำลังแล่นข้ามเรือกลไฟ ( ก).

ด้วยเหตุนี้ผู้โดยสารจึงอ้างว่าเรือแล่นไป บีไม่เข้า ก.

เมื่อเรารีบเร่งไปพร้อมกับโลกในวงโคจรของมันไปพบกับรังสีของดาวฤกษ์บางดวงแล้วเราจะตัดสินสถานที่กำเนิดของรังสีเหล่านี้อย่างไม่ถูกต้องเหมือนกับที่ผู้โดยสารกล่าวข้างต้นผิดพลาดในการกำหนดสถานที่ออกเดินทางของเรือลำที่สอง . ดังนั้นดวงดาวทุกดวงจึงดูเหมือนเคลื่อนไปข้างหน้าเล็กน้อยตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของโลก แต่เนื่องจากความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับความเร็วแสง (น้อยกว่า 10,000 เท่า) การเคลื่อนไหวนี้จึงไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่งและสามารถตรวจจับได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำที่สุดเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ความคลาดเคลื่อนของแสง"

ข้าว. 6. ผู้โดยสารบนเรือ ( ก) ดูเหมือนเรือ ( ข) ลอยจากจุดหนึ่ง บี.

แต่กลับไปสู่ปัญหาเกี่ยวกับเรือกลไฟและเรือที่กล่าวไว้ข้างต้น

หากคุณสนใจปรากฏการณ์ดังกล่าวให้ลองตอบคำถาม: เรือเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดโดยไม่เปลี่ยนเงื่อนไขของปัญหาก่อนหน้า สำหรับผู้โดยสารทางเรือ? เรือกำลังมุ่งหน้าไปยังจุดใดบนฝั่งตามที่ผู้โดยสารบอก เพื่อตอบคำถามเหล่านี้คุณต้องออนไลน์ กสร้างสี่เหลี่ยมด้านขนานของความเร็วเหมือนเมื่อก่อน เส้นทแยงมุมจะแสดงให้เห็นว่าสำหรับผู้โดยสารเรือ เรือกลไฟดูเหมือนจะแล่นไปในทิศทางเฉียง ราวกับว่ากำลังจะจอด ณ จุดใดจุดหนึ่งบนฝั่งที่วางอยู่ (ในรูปที่ 6) ทางด้านขวา บี.

เป็นไปได้ไหมที่จะยกคนด้วยเจ็ดนิ้ว?

ใครที่ไม่เคยลองทำการทดลองนี้คงจะบอกว่าการยกนิ้วของผู้ใหญ่นั้นทำได้ เป็นไปไม่ได้. ในขณะเดียวกันก็ทำได้ง่ายและสะดวกมาก ควรมีคนห้าคนในการทดลอง: สองคนวางนิ้วชี้ (ของมือทั้งสองข้าง) ไว้ใต้เท้าของผู้ที่ถูกยกขึ้น; อีกสองคนใช้นิ้วชี้ประคองไว้ มือขวาข้อศอกของเขา สุดท้ายคนที่ห้าวางนิ้วชี้ไว้ใต้คางของผู้ถูกยก จากนั้นตามคำสั่ง: “หนึ่ง สอง สาม!” – ทั้งห้าคนต่างมีเอกฉันท์ยกเพื่อนของตนขึ้นโดยไม่มีความตึงเครียดที่เห็นได้ชัดเจน

ข้าว. 7. คุณสามารถยกผู้ใหญ่ได้ด้วยเจ็ดนิ้ว

หากคุณกำลังทำการทดลองนี้เป็นครั้งแรก คุณจะประหลาดใจกับความง่ายดายที่คาดไม่ถึงที่เกิดขึ้น ความลับของความสะดวกนี้อยู่ในกฎหมาย การสลายตัวความแข็งแกร่ง น้ำหนักผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยคือ 170 ปอนด์ 3
ปอนด์เป็นหน่วยของมวล 1 ปอนด์ = 0.454 กิโลกรัม. – บันทึก เอ็ด

; น้ำหนัก 170 ปอนด์นี้กดดันเจ็ดนิ้วในคราวเดียว ดังนั้นแต่ละนิ้วจะรับน้ำหนักได้ประมาณ 25 ปอนด์เท่านั้น เป็นเรื่องง่ายสำหรับผู้ใหญ่ที่จะยกของหนักด้วยนิ้วเดียว

ยกโถน้ำด้วยฟาง

ประสบการณ์นี้ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้เลยตั้งแต่แรกเห็น แต่เราเพิ่งเห็นว่าการเชื่อใจ "การมองแวบแรก" นั้นไม่ระมัดระวังเพียงใด

ใช้ฟางที่ยาว แข็ง และแข็งแรง งอแล้วใส่ลงในโถใส่น้ำดังแสดงในรูป 8: ปลายของมันควรพิงกับผนังขวดเหล้า ตอนนี้คุณสามารถยกมันขึ้นได้ - ฟางจะยึดขวดเหล้า

ข้าว. 8. ขวดน้ำแขวนอยู่บนฟาง

เมื่อใส่หลอด คุณต้องแน่ใจว่าส่วนที่ติดกับผนังขวดเหล้านั้นตั้งตรงจนสุด ไม่เช่นนั้นฟางจะงอและพังทั้งระบบ ประเด็นทั้งหมดก็คือแรง (น้ำหนักของขวดเหล้า) ทำหน้าที่ อย่างเคร่งครัดหลอด: ในทิศทางตามยาว หลอดมีความแข็งแรงมาก แม้ว่าจะหักได้ง่ายในทิศทางตามขวางก็ตาม

ทางที่ดีควรเรียนรู้วิธีทำการทดลองนี้ด้วยขวดก่อนแล้วจึงลองทำซ้ำด้วยขวดเหล้า เราขอแนะนำให้ผู้ทดลองที่ไม่มีประสบการณ์วางสิ่งที่อ่อนนุ่มลงบนพื้น เผื่อไว้ ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม แต่ไม่จำเป็นต้องทำลายขวดเหล้า...

การทดลองต่อไปนี้คล้ายกับการทดลองที่อธิบายไว้มากและใช้หลักการเดียวกัน

เจาะเหรียญด้วยเข็ม

เหล็กนั้นแข็งกว่าทองแดง ดังนั้นภายใต้ความกดดัน เข็มเหล็กจึงควรเจาะเหรียญทองแดงได้ ปัญหาเดียวคือเมื่อค้อนโดนเข็ม มันจะงอและหักได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจัดเตรียมการทดลองในลักษณะที่ป้องกันไม่ให้เข็มงอ สิ่งนี้ทำได้ง่ายมาก: แทงเข็มเข้าไปในจุกไม้ก๊อกตามแนวแกน - แล้วคุณก็สามารถลงมือทำธุรกิจได้ วางเหรียญ (โกเปค) ลงบนบล็อกไม้สองอัน ดังแสดงในรูปที่ 1 9 แล้ววางปลั๊กที่มีเข็มอยู่ ระวังหน่อยเหรียญก็แตก ไม้ก๊อกสำหรับการทดลองจะต้องมีความหนาแน่นและสูงเพียงพอ

ข้าว. 9. เข็มแทงเหรียญทองแดง

เหตุใดวัตถุปลายแหลมจึงมีหนาม?

คุณเคยคิดเกี่ยวกับคำถามนี้หรือไม่: ทำไมเข็มถึงเจาะวัตถุต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย? เหตุใดจึงเจาะผ้าหรือกระดาษแข็งด้วยเข็มบางได้ง่าย แต่ใช้ไม้หนาเจาะได้ยาก อันที่จริงในทั้งสองกรณีดูเหมือนว่าพลังเดียวกันจะกระทำ

ความจริงก็คือความแข็งแกร่งไม่เท่ากัน ในกรณีแรก แรงกดทั้งหมดจะมุ่งไปที่ปลายเข็ม ในขณะที่ในกรณีที่สอง แรงเดียวกันจะกระจายไปทั่วพื้นที่ปลายก้านที่ใหญ่กว่ามาก พื้นที่ปลายเข็มน้อยกว่าพื้นที่ปลายไม้เท้าเป็นพันเท่าดังนั้นแรงกดของเข็มจึงมากกว่าแรงกดของไม้เท้าหลายพันเท่าด้วยแรงเท่ากัน ของกล้ามเนื้อของเรา

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อเราพูดถึงความกดดัน นอกจากกำลังแล้ว จำเป็นต้องคำนึงถึงขนาดของพื้นที่ที่แรงนี้กระทำด้วยด้วย เมื่อเราได้รับแจ้งว่ามีคนได้รับ 600 รูเบิล เงินเดือนแล้วเรายังไม่รู้ว่ามากหรือน้อยต้องรู้ - ต่อปีหรือต่อเดือน? ในทำนองเดียวกัน ผลกระทบของแรงขึ้นอยู่กับว่ามีการกระจายแรงต่อตารางนิ้วหรือไม่ 4
นิ้ว - (จากภาษาดัตช์. ดูอิม – นิ้วหัวแม่มือ) เป็นชื่อภาษารัสเซียสำหรับหน่วยระยะทางในระบบที่ไม่ใช่ระบบเมตริกของยุโรปบางระบบ ซึ่งปกติจะเท่ากับ 1/12 หรือ 1/10 ("ทศนิยมนิ้ว") ของฟุตของประเทศนั้นๆ คำ นิ้วได้รับการแนะนำให้รู้จักกับภาษารัสเซียโดย Peter I เมื่อต้นศตวรรษที่ 18 ปัจจุบันนิ้วมักเข้าใจกันว่าเป็นนิ้วภาษาอังกฤษซึ่งเท่ากับ 2.54 ซมเรียบ. – บันทึก เอ็ด

หรือเน้นที่ 1/100 ตร.ม. มิลลิเมตร.

ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ มีดคมๆ จะตัดได้ดีกว่ามีดทื่อ

ดังนั้น ของที่ลับแล้วจะมีหนามแหลม และมีดที่ลับแล้วก็สามารถตัดได้ดีเพราะว่าพลังอันมหาศาลนั้นมุ่งไปที่จุดและใบมีดของพวกมัน

บทที่สอง
แรงโน้มถ่วง. แขนคันโยก. ตาชั่ง

ขึ้นเนิน

เราคุ้นเคยกับการเห็นร่างที่หนักอึ้งกลิ้งไปมา เครื่องบินเอียงลงไปว่าตัวอย่างของร่างกายที่กลิ้งขึ้นไปอย่างอิสระดูเหมือนเป็นปาฏิหาริย์เมื่อมองแวบแรก อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรง่ายไปกว่าการจัดเตรียมปาฏิหาริย์ในจินตนาการเช่นนี้ นำแถบกระดาษแข็งที่มีความยืดหยุ่นงอเป็นวงกลมแล้วทากาวที่ปลายเข้าด้วยกัน - คุณจะได้วงแหวนกระดาษแข็ง ทากาวเหรียญหนัก เช่น ชิ้นห้าสิบโกเปค ไว้ด้านในของวงแหวนด้วยขี้ผึ้ง ตอนนี้วางวงแหวนนี้ไว้ที่ฐานของกระดานเอียงเพื่อให้เหรียญอยู่ด้านหน้าจุดศูนย์กลางที่ด้านบน ปล่อยวงแหวน และมันจะม้วนขึ้นไปตามทางลาดเอง (ดูรูปที่ 10)

ข้าว. 10. แหวนจะม้วนขึ้นเอง

เหตุผลนั้นชัดเจน: เนื่องจากน้ำหนักของมัน เหรียญจึงมีแนวโน้มที่จะครองตำแหน่งต่ำสุดในวงแหวน แต่เมื่อเคลื่อนที่ไปตามวงแหวน มันจึงบังคับให้มันม้วนขึ้น

หากคุณต้องการเปลี่ยนประสบการณ์เป็นจุดสนใจและทำให้แขกของคุณต้องว้าว คุณต้องจัดฉากให้แตกต่างออกไปเล็กน้อย ติดของหนักไว้ที่ด้านในของกล่องหมวกทรงกลมเปล่า จากนั้นเมื่อปิดกล่องแล้ววางไว้ตรงกลางกระดานเอียงอย่างถูกต้องแล้วถามแขกว่ากล่องจะม้วนที่ไหนถ้าไม่ถือ - ขึ้นหรือลง? แน่นอนว่าทุกคนจะพูดเป็นเอกฉันท์ว่ามันพัง และพวกเขาจะประหลาดใจมากเมื่อกล่องม้วนขึ้นต่อหน้าต่อตา แน่นอนว่าความเอียงของบอร์ดไม่ควรมากเกินไปสำหรับสิ่งนี้

สำนักพิมพ์ "RIMIS" เป็นผู้ได้รับรางวัลวรรณกรรมตามชื่อ อเล็กซานดรา เบลยาเยฟ 2551

ข้อความและภาพวาดได้รับการฟื้นฟูจากหนังสือโดย Ya. I. Perelman "Entertaining Physics" ซึ่งจัดพิมพ์โดย P. P. Soykin (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) ในปี 1913

© RIMIS Publishing House, ฉบับ, การออกแบบ, 2009

* * *

ผู้เผยแพร่วิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น

นักร้องคณิตศาสตร์, กวีฟิสิกส์, กวีดาราศาสตร์, ผู้ประกาศข่าวอวกาศ - นี่คือและยังคงอยู่ในความทรงจำของ Yakov Isidorovich Perelman ซึ่งหนังสือของเขาขายไปทั่วโลกเป็นล้านเล่ม

ชื่อของบุคคลที่น่าทึ่งนี้เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นและการพัฒนาประเภทพิเศษ - ความบันเทิง - ของการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ให้แพร่หลาย ผู้เขียนหนังสือและโบรชัวร์มากกว่าร้อยเล่มเขามีพรสวรรค์ที่หายากในการพูดคุยเกี่ยวกับความจริงทางวิทยาศาสตร์ที่แห้งแล้งด้วยวิธีที่น่าตื่นเต้นและน่าสนใจ กระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นและความอยากรู้อยากเห็นอันร้อนแรง - นี่เป็นขั้นตอนแรกของการทำงานอิสระของจิตใจ

การทำความคุ้นเคยกับหนังสือวิทยาศาสตร์และบทความยอดนิยมของเขาสั้นๆ ก็เพียงพอแล้ว เพื่อดูทิศทางพิเศษของความคิดสร้างสรรค์ของผู้เขียน เป้าหมายของ Perelman คือการแสดงปรากฏการณ์ธรรมดาในมุมมองที่ไม่ธรรมดาและขัดแย้งกัน ในขณะเดียวกันก็รักษาความไร้ที่ติทางวิทยาศาสตร์ของการตีความไว้ คุณลักษณะหลักของวิธีการสร้างสรรค์ของเขาคือความสามารถพิเศษของเขาในการทำให้ผู้อ่านประหลาดใจและดึงดูดความสนใจของเขาตั้งแต่คำแรก “เราเลิกแปลกใจตั้งแต่เนิ่นๆ” Perelman เขียนในบทความของเขา “What is Entertaining Science” “เราสูญเสียความสามารถที่กระตุ้นให้เราสนใจสิ่งต่าง ๆ ที่ไม่ส่งผลโดยตรงต่อการดำรงอยู่ของเราตั้งแต่เนิ่นๆ... น้ำจะเป็นได้หากไม่มี ข้อสงสัย คือ สสารที่น่าทึ่งที่สุดในธรรมชาติ และดวงจันทร์ - สิ่งที่น่าพิศวงที่สุดในท้องฟ้า หากไม่ได้เห็นทั้งสองสิ่งนี้บ่อยเกินไป”

เพื่อแสดงให้เห็นความธรรมดาในแสงที่ไม่ธรรมดา Perelman ใช้วิธีการเปรียบเทียบที่ไม่คาดคิดได้อย่างชาญฉลาด การคิดเชิงวิทยาศาสตร์ที่เฉียบคม วัฒนธรรมทั่วไป กายภาพ และคณิตศาสตร์ขนาดใหญ่ การใช้ข้อเท็จจริงและโครงเรื่องทางวรรณกรรม วิทยาศาสตร์ และในชีวิตประจำวันอย่างเชี่ยวชาญ การตีความที่มีไหวพริบอันน่าอัศจรรย์และคาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิงนำไปสู่การปรากฏตัวของเรื่องสั้นและบทความทางวิทยาศาสตร์และศิลปะที่น่าสนใจที่อ่าน ด้วยความเอาใจใส่และความสนใจอย่างไม่ลดละ อย่างไรก็ตาม การนำเสนอที่สนุกสนานไม่ได้จบลงในตัวมันเองเสมอไป ในทางตรงกันข้ามไม่ใช่การเปลี่ยนวิทยาศาสตร์ให้กลายเป็นความสนุกสนานและความบันเทิง แต่เพื่อให้ความมีชีวิตชีวาและศิลปะของการนำเสนอในการทำความเข้าใจความจริงทางวิทยาศาสตร์ - นี่คือสาระสำคัญของวิธีการทางวรรณกรรมและการเผยแพร่ของ Yakov Isidorovich “เพื่อไม่ให้มีความผิวเผิน เพื่อจะได้รู้ข้อเท็จจริง...” - Perelman ปฏิบัติตามแนวคิดนี้อย่างเคร่งครัดตลอดอาชีพสร้างสรรค์ 43 ปีของเขา เป็นการผสมผสานระหว่างความน่าเชื่อถือทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มงวดและรูปแบบการนำเสนอเนื้อหาที่สนุกสนานและไม่สำคัญซึ่งความลับของความสำเร็จอย่างต่อเนื่องของหนังสือของ Perelman ซ่อนอยู่

Perelman ไม่ใช่นักเขียนเก้าอี้นวม เขาหย่าร้างจากโลกแห่งความเป็นจริง เขาตอบสนองต่อความต้องการในทางปฏิบัติของประเทศของเขาทันทีในลักษณะนักข่าว เมื่อในปี พ.ศ. 2461 สภาผู้บังคับการประชาชนของ RSFSR ได้ออกพระราชกฤษฎีกาเกี่ยวกับการแนะนำระบบเมตริกของน้ำหนักและการวัด Yakov Isidorovich เป็นคนแรกที่เผยแพร่โบรชัวร์ยอดนิยมหลายรายการในหัวข้อนี้ เขามักจะบรรยายให้กับผู้ชมเรื่องงาน โรงเรียน และการทหาร (เขาบรรยายประมาณสองพันครั้ง) ตามคำแนะนำของ Perelman ซึ่งสนับสนุนโดย N.K. Krupskaya ในปี 1919 นิตยสารวิทยาศาสตร์ยอดนิยมฉบับแรกของสหภาพโซเวียตเริ่มตีพิมพ์ "In the Workshop of Nature" (ภายใต้กองบรรณาธิการของเขาเอง) Yakov Isidorovich ไม่ได้อยู่ห่างจากการปฏิรูปโรงเรียนมัธยมศึกษา

ต้องเน้นย้ำว่ากิจกรรมการสอนของ Perelman นั้นมีพรสวรรค์อย่างแท้จริงเช่นกัน เขาสอนวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ในสถาบันการศึกษาระดับสูงและมัธยมศึกษาเป็นเวลาหลายปี นอกจากนี้เขายังเขียนหนังสือเรียน 18 เล่มและสื่อการสอนให้กับโรงเรียนแรงงานสหพันธรัฐโซเวียต สองคนในนั้น - "Physical Reader" ฉบับที่ 2 และ "หนังสือปัญหาใหม่เกี่ยวกับเรขาคณิต" (1923) ได้รับการยกย่องอย่างสูงให้จัดวางบนชั้นวางของ Kremlin Library ของ Vladimir Ilyich Lenin

ภาพของ Perelman ยังคงอยู่ในความทรงจำของฉัน - เป็นคนที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวาง ถ่อมตัวมาก ค่อนข้างขี้อาย ถูกต้องและมีเสน่ห์อย่างยิ่ง พร้อมเสมอที่จะให้ความช่วยเหลือที่จำเป็นแก่เพื่อนร่วมงานของเขา เขาเป็นคนทำงานด้านวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง

เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม พ.ศ. 2478 House of Entertaining Science เริ่มทำงานในเลนินกราด ซึ่งเป็นนิทรรศการหนังสือของ Perelman ที่มองเห็นได้ชัดเจน ผู้เยี่ยมชมหลายแสนคนเดินผ่านห้องโถงของสถาบันวัฒนธรรมและการศึกษาที่มีเอกลักษณ์แห่งนี้ ในหมู่พวกเขาคือเด็กนักเรียนเลนินกราด Georgy Grechko ซึ่งปัจจุบันเป็นนักบินอวกาศของสหภาพโซเวียตฮีโร่สองคนของสหภาพโซเวียตแพทย์สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ ชะตากรรมของนักบินอวกาศอีกสองคน - วีรบุรุษแห่งสหภาพโซเวียต K. P. Feoktistov และ B. B. Egorov - ยังเกี่ยวข้องกับ Perelman: ในวัยเด็กพวกเขาเริ่มคุ้นเคยกับหนังสือ "Interplanetary Travel" และเริ่มสนใจในเรื่องนี้

เมื่อมหาสงครามแห่งความรักชาติเริ่มต้นขึ้น ความรักชาติของ Ya. I. Perelman และจิตสำนึกอันสูงส่งในการปฏิบัติหน้าที่พลเมืองต่อมาตุภูมิก็แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน เมื่อยังคงอยู่ในเลนินกราดที่ถูกปิดล้อมเขาไม่ใช่ชายหนุ่มอีกต่อไป (เขาอายุ 60 ปี) อดทนอย่างแน่วแน่พร้อมกับเลนินกราดทั้งหมดความทรมานและความยากลำบากของการปิดล้อมอย่างไร้มนุษยธรรม แม้จะมีการยิงปืนใหญ่ของศัตรูและการทิ้งระเบิดทางอากาศในเมือง ยาโคฟ อิซิโดโรวิชก็พบความเข้มแข็งที่จะเอาชนะความหิวโหยและความหนาวเย็น และเดินจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งของเลนินกราดเพื่อเข้าร่วมการบรรยายในหน่วยทหาร เขาได้บรรยายให้กับเจ้าหน้าที่ลาดตระเวนของกองทัพบกและกองทัพเรือ รวมถึงพลพรรค เกี่ยวกับสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในขณะนั้น นั่นคือความสามารถในการสำรวจภูมิประเทศและกำหนดระยะทางไปยังเป้าหมายโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือใดๆ ถูกแล้ว และวิทยาศาสตร์เพื่อความบันเทิงก็มีจุดประสงค์เพื่อเอาชนะศัตรู!

เพื่อความผิดหวังครั้งใหญ่ของเราเมื่อวันที่ 16 มีนาคม พ.ศ. 2485 ยาโคฟ อิซิโดโรวิชถึงแก่กรรม - เขาเสียชีวิตระหว่างถูกล้อมด้วยความหิวโหย...

หนังสือของ Ya. I. Perelman ยังคงรับใช้ผู้คนมาจนถึงทุกวันนี้ - พวกเขาได้รับการตีพิมพ์ซ้ำอย่างต่อเนื่องในประเทศของเราพวกเขาประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องในหมู่ผู้อ่าน หนังสือของ Perelman เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในต่างประเทศ ได้รับการแปลเป็นภาษาฮังการี บัลแกเรีย อังกฤษ ฝรั่งเศส เยอรมัน และภาษาต่างประเทศอื่นๆ อีกมากมาย

ตามคำแนะนำของฉัน หลุมอุกกาบาตแห่งหนึ่งที่อยู่อีกฟากหนึ่งของดวงจันทร์ถูกตั้งชื่อว่า "เพเรลแมน"

นักวิชาการ V. P. Glushko

ข้อความที่ตัดตอนมาจากคำนำของหนังสือ "Doctor of Entertainment Sciences" (G. I. Mishkevich, M.: "Znanie", 1986)

คำนำ

หนังสือที่เสนอในแง่ของลักษณะของเนื้อหาที่รวบรวมในนั้นค่อนข้างแตกต่างจากคอลเลกชันอื่น ๆ ประเภทนี้ การทดลองทางกายภาพในความหมายที่เข้มงวดของคำนั้นได้รับรองในนั้น งานด้านความบันเทิง คำถามที่ซับซ้อน และความขัดแย้งจากสาขาฟิสิกส์ระดับประถมศึกษาซึ่งสามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ของความบันเทิงทางจิตได้ถูกนำเสนอมาก่อน อย่างไรก็ตาม งานนวนิยายบางชิ้น (Jules Verne, C. Flammarion, E. Poe ฯลฯ ) ถูกใช้เป็นเนื้อหาที่คล้ายกัน โดยกล่าวถึงประเด็นทางฟิสิกส์ คอลเลกชันนี้ยังมีบทความเกี่ยวกับประเด็นที่น่าสนใจของฟิสิกส์เบื้องต้น ซึ่งปกติจะไม่มีการกล่าวถึงในหนังสือเรียน

จากการทดลองต่างๆ หนังสือเล่มนี้ประกอบด้วยการทดลองที่ไม่เพียงแต่ให้ความรู้เท่านั้น แต่ยังให้ความบันเทิงอีกด้วย และยิ่งไปกว่านั้น สามารถทำได้โดยใช้วัตถุที่อยู่ใกล้มือเสมอ การทดลองและภาพประกอบสำหรับพวกเขายืมมาจาก Tom Titus, Tisandier, Beuys และคนอื่นๆ

ฉันคิดว่าเป็นหน้าที่ที่น่ายินดีในการแสดงความขอบคุณต่อ I.I. Polferov นักป่าไม้ผู้รอบรู้ซึ่งให้บริการที่ไม่อาจแทนที่ฉันได้ในการอ่านข้อพิสูจน์ล่าสุด

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 2455

ใช่แล้ว เพเรลแมน

ภาพวาดของ Stevin บนหน้าชื่อเรื่องของหนังสือของเขา ("Miracle and Not a Miracle")

บทที่ 1
การบวกและการสลายตัวของการเคลื่อนไหวและกองกำลัง

เราจะเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เร็วขึ้นเมื่อใด - ในระหว่างกลางวันหรือกลางคืน?

คำถามแปลก! ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะไม่สามารถเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนได้ในทางใดทางหนึ่ง นอกจากนี้ บนโลกนี้กลางวันเป็นครึ่งซีกและกลางคืนเป็นอีกซีกหนึ่งเสมอ ดังนั้นคำถามนี้จึงดูไร้ความหมาย

อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ มันไม่เกี่ยวกับว่าเมื่อไหร่ โลกเคลื่อนที่เร็วขึ้น แต่ประมาณเมื่อไร เราผู้คนเรากำลังเคลื่อนไหวค่อนข้างอยู่ในอวกาศโลก และสิ่งนี้เปลี่ยนแปลงสิ่งต่างๆ อย่าลืมว่าเราเคลื่อนไหวสองครั้ง: เราวิ่งไปรอบดวงอาทิตย์และในเวลาเดียวกันก็หมุนรอบแกนโลก ความเคลื่อนไหวทั้งสองนี้ พับขึ้น– และผลลัพธ์ก็แตกต่างออกไป ขึ้นอยู่กับว่าเราอยู่ในครึ่งโลกกลางวันหรือกลางคืน ลองดูภาพวาด - แล้วคุณจะเห็นทันทีว่าความเร็วในการหมุนตอนกลางคืน ถูกเพิ่มไปสู่ความเร็วไปข้างหน้าของโลกและในระหว่างวันในทางกลับกัน ถูกนำออกไปจากเธอ.

ข้าว. 1. ผู้คนในครึ่งโลกกลางคืนเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เร็วกว่าครึ่งวัน

ซึ่งหมายความว่าในเวลากลางคืนเราเคลื่อนที่ไปในอวกาศโลกได้เร็วกว่าตอนกลางวัน

เนื่องจากแต่ละจุดของเส้นศูนย์สูตรวิ่งประมาณครึ่งไมล์ต่อวินาที สำหรับแถบเส้นศูนย์สูตรความแตกต่างระหว่างความเร็วเที่ยงวันและเที่ยงคืนจะถึงหนึ่งไมล์ต่อวินาที สำหรับเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (อยู่ที่เส้นขนานที่ 60) ความแตกต่างนี้มากกว่าครึ่งหนึ่งพอดี

ความลึกลับของล้อเกวียน

ติดแผ่นเวเฟอร์สีขาวที่ด้านข้างขอบล้อรถเข็น (หรือยางรถจักรยาน) และสังเกตในขณะที่รถเข็น (หรือจักรยาน) เคลื่อนที่ คุณจะสังเกตเห็นปรากฏการณ์ประหลาด: ขณะที่แผ่นเวเฟอร์อยู่ที่ด้านล่างของล้อกลิ้ง แต่ก็มองเห็นได้ค่อนข้างชัดเจน ในทางกลับกันเวเฟอร์เดียวกันจะกะพริบเร็วมากจนคุณไม่มีเวลาดูที่ส่วนบนของวงล้อ มันคืออะไร? เป็นไปได้ไหมที่ล้อบนเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านล่าง?

ความงุนงงของคุณจะเพิ่มขึ้นอีกหากคุณเปรียบเทียบซี่ล้อบนและล่างของล้อกลิ้ง: ปรากฎว่าในขณะที่ซี่ล้อบนผสานเป็นชิ้นเดียวต่อเนื่องกัน แต่ซี่ด้านล่างยังคงมองเห็นได้ค่อนข้างชัดเจน เหมือนกับว่าล้อบนหมุนเร็วกว่าด้านล่าง แต่ในขณะเดียวกัน เราก็เชื่อมั่นว่าล้อจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอในทุกส่วน

คำตอบของปรากฏการณ์ประหลาดนี้คืออะไร? ใช่ครับ ง่ายๆ ว่าส่วนบนของล้อทุกล้อ เคลื่อนที่เร็วกว่าอันด้านล่างจริงๆ. มันดูเหลือเชื่อตั้งแต่แรกเห็น แต่มันก็เป็นเช่นนั้น

การใช้เหตุผลง่ายๆ จะทำให้เรามั่นใจในสิ่งนี้ ให้เราจำไว้ว่าแต่ละจุดของล้อกลิ้งจะเคลื่อนที่สองครั้งพร้อมกัน: มันหมุนรอบแกนและในเวลาเดียวกันก็เคลื่อนที่ไปข้างหน้าพร้อมกับแกนนี้ กำลังเกิดขึ้น บวกสองการเคลื่อนไหว- และผลลัพธ์ของการเพิ่มนี้ไม่เหมือนกันเลยสำหรับส่วนบนและส่วนล่างของล้อ กล่าวคือที่ด้านบนของวงล้อจะมีการเคลื่อนไหวแบบหมุน ถูกเพิ่มเป็นการแปลเนื่องจากการเคลื่อนไหวทั้งสองมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ในส่วนล่างของล้อ การเคลื่อนที่แบบหมุนจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามและ ถูกนำออกไปจากความก้าวหน้า แน่นอนว่าผลลัพธ์แรกมากกว่าวินาที - และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้ส่วนบนของล้อเคลื่อนที่เร็วกว่าส่วนล่าง

ด้านบนของล้อกลิ้งจะเคลื่อนที่เร็วกว่าด้านล่าง เปรียบเทียบการเคลื่อนไหวของ AA" และ BB"

ในกรณีนี้สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายด้วยการทดลองง่ายๆ ซึ่งเราแนะนำให้ทำในโอกาสที่ดีครั้งแรก ติดไม้ลงบนพื้นข้างล้อของรถเข็นแบบยืน เพื่อให้ไม้ติดกับแกน (ดูรูปที่ 2) บนขอบล้อที่ด้านบนสุดและด้านล่างสุดให้ทำเครื่องหมายด้วยชอล์ก เครื่องหมายเหล่านี้เป็นจุด กและ บีในภาพ - พวกเขาจะต้องต่อสู้กับไม้เท้า ตอนนี้หมุนรถเข็นไปข้างหน้าเล็กน้อย (ดูรูปที่ 3) จนกระทั่งเพลาอยู่ห่างจากไม้ประมาณ 1 ฟุต และสังเกตว่าเครื่องหมายของคุณเคลื่อนไหวอย่างไร ปรากฎว่าเครื่องหมายบนสุดคือ ก– เคลื่อนไหวมากกว่าอันล่างอย่างมีนัยสำคัญ – บีซึ่งขยับออกห่างจากไม้เพียงเล็กน้อยในมุมเงยขึ้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทั้งการใช้เหตุผลและประสบการณ์ยืนยันความคิดนี้เมื่อมองแวบแรกอย่างแปลก ๆ ที่ว่าส่วนบนของล้อกลิ้งใด ๆ เคลื่อนที่เร็วกว่าส่วนล่าง

ส่วนใดของจักรยานที่เคลื่อนที่ช้ากว่าส่วนอื่นๆ ทั้งหมด

คุณรู้อยู่แล้วว่าไม่ใช่ทุกจุดของรถเข็นหรือจักรยานที่กำลังเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่เร็วเท่ากัน และจุดของล้อที่สัมผัสกับพื้นจะเคลื่อนที่ช้าที่สุด

แน่นอนว่าทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเพื่อเท่านั้น กลิ้งไม่ใช่ล้อที่หมุนบนแกนคงที่ ตัวอย่างเช่น ในมู่เล่ ทั้งจุดบนและล่างของขอบล้อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน

ความลึกลับของวงล้อรถไฟ

ปรากฏการณ์ที่ไม่คาดคิดยิ่งกว่านั้นเกิดขึ้นในวงล้อรถไฟ แน่นอนว่าล้อเหล่านี้มีขอบที่ยื่นออกมาบนขอบล้อ ดังนั้นจุดต่ำสุดของขอบดังกล่าวเมื่อรถไฟเคลื่อนที่ไม่ได้เคลื่อนไปข้างหน้าเลย แต่ถอยหลัง! นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบโดยใช้เหตุผลที่คล้ายกับครั้งก่อน - และเราปล่อยให้ผู้อ่านได้ข้อสรุปที่ไม่คาดคิด แต่ค่อนข้างถูกต้องว่าในรถไฟที่เคลื่อนที่เร็วมีจุดที่เคลื่อนที่ไม่ไปข้างหน้า แต่ถอยหลัง จริงอยู่ การเคลื่อนไหวย้อนกลับนี้กินเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาทีเล็กน้อย แต่สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงเรื่องนี้: การเคลื่อนไหวย้อนกลับ (และค่อนข้างเร็วในตอนนั้น - เร็วกว่าคนเดินเท้าสองเท่า) ยังคงมีอยู่ ซึ่งตรงกันข้ามกับแนวคิดปกติของเรา

ข้าว. 4.เมื่อล้อรถไฟหมุนไปตามรางไปทางขวาจุด รขอบของเขาเคลื่อนกลับไปทางซ้าย

เรือมาจากไหน?

ลองนึกภาพว่ามีเรือกลไฟแล่นอยู่ในทะเลสาบแล้วปล่อยให้ลูกศร กในรูป เลข 5 แสดงความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ มีเรือลำหนึ่งแล่นผ่านเขาและลูกศร ขแสดงถึงความเร็วและทิศทางของมัน ถ้าถามว่าเรือลำนี้ออกเดินทางจากที่ไหนก็บอกจุดไปทันที กบนฝั่ง. แต่ถ้าคุณถามผู้โดยสารเรือใบด้วยคำถามเดียวกัน พวกเขาจะระบุจุดที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากผู้โดยสารของเรือเห็นว่าเรือไม่ได้เคลื่อนที่ในมุมที่ถูกต้องกับการเคลื่อนที่เลย ไม่ควรลืมว่าพวกเขาไม่รู้สึกถึงการเคลื่อนไหวของตนเอง สำหรับพวกเขาดูเหมือนว่าพวกเขากำลังยืนนิ่งอยู่และเรือก็แล่นด้วยความเร็วไปในทิศทางตรงกันข้าม (จำสิ่งที่เราเห็นเมื่อเราเดินทางด้วยตู้รถไฟ) นั่นเป็นเหตุผล สำหรับพวกเขาเรือไม่ได้เคลื่อนที่ตามทิศทางลูกศรเท่านั้น ขแต่ยังไปในทิศทางของลูกศรด้วย ค, – ซึ่งเท่ากัน กแต่หันไปในทิศทางตรงกันข้าม (ดูรูปที่ 6) การเคลื่อนไหวทั้งสองนี้ - จริงและชัดเจน - เพิ่มขึ้นและเป็นผลให้ผู้โดยสารของเรือดูเหมือนว่าเรือกำลังเคลื่อนที่ในแนวทแยงมุมตามสี่เหลี่ยมด้านขนานที่สร้างขึ้น ขและ ค. เส้นทแยงมุมนี้ ดังแสดงในรูปที่ 1 6 ที่มีเส้นประแสดงถึงขนาดและทิศทางของการเคลื่อนไหวที่ปรากฏ

ข้าว. 5. เรือ ( ข) กำลังแล่นข้ามเรือกลไฟ ( ก).

ด้วยเหตุนี้ผู้โดยสารจึงอ้างว่าเรือแล่นไป บีไม่เข้า ก.

เมื่อเรารีบเร่งไปพร้อมกับโลกในวงโคจรของมันไปพบกับรังสีของดาวฤกษ์บางดวงแล้วเราจะตัดสินสถานที่กำเนิดของรังสีเหล่านี้อย่างไม่ถูกต้องเหมือนกับที่ผู้โดยสารกล่าวข้างต้นผิดพลาดในการกำหนดสถานที่ออกเดินทางของเรือลำที่สอง . ดังนั้นดวงดาวทุกดวงจึงดูเหมือนเคลื่อนไปข้างหน้าเล็กน้อยตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของโลก แต่เนื่องจากความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับความเร็วแสง (น้อยกว่า 10,000 เท่า) การเคลื่อนไหวนี้จึงไม่มีนัยสำคัญอย่างยิ่งและสามารถตรวจจับได้ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำที่สุดเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ความคลาดเคลื่อนของแสง"

ข้าว. 6. ผู้โดยสารบนเรือ ( ก) ดูเหมือนเรือ ( ข) ลอยจากจุดหนึ่ง บี.

แต่กลับไปสู่ปัญหาเกี่ยวกับเรือกลไฟและเรือที่กล่าวไว้ข้างต้น

หากคุณสนใจปรากฏการณ์ดังกล่าวให้ลองตอบคำถาม: เรือเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดโดยไม่เปลี่ยนเงื่อนไขของปัญหาก่อนหน้า สำหรับผู้โดยสารทางเรือ? เรือกำลังมุ่งหน้าไปยังจุดใดบนฝั่งตามที่ผู้โดยสารบอก เพื่อตอบคำถามเหล่านี้คุณต้องออนไลน์ กสร้างสี่เหลี่ยมด้านขนานของความเร็วเหมือนเมื่อก่อน เส้นทแยงมุมจะแสดงให้เห็นว่าสำหรับผู้โดยสารเรือ เรือกลไฟดูเหมือนจะแล่นไปในทิศทางเฉียง ราวกับว่ากำลังจะจอด ณ จุดใดจุดหนึ่งบนฝั่งที่วางอยู่ (ในรูปที่ 6) ทางด้านขวา บี.

เป็นไปได้ไหมที่จะยกคนด้วยเจ็ดนิ้ว?

ใครที่ไม่เคยลองทำการทดลองนี้คงจะบอกว่าการยกนิ้วของผู้ใหญ่นั้นทำได้ เป็นไปไม่ได้. ในขณะเดียวกันก็ทำได้ง่ายและสะดวกมาก ควรมีคนห้าคนในการทดลอง: สองคนวางนิ้วชี้ (ของมือทั้งสองข้าง) ไว้ใต้เท้าของผู้ที่ถูกยกขึ้น; อีกสองคนรองรับข้อศอกด้วยนิ้วชี้ของมือขวา สุดท้ายคนที่ห้าวางนิ้วชี้ไว้ใต้คางของผู้ถูกยก จากนั้นตามคำสั่ง: “หนึ่ง สอง สาม!” – ทั้งห้าคนต่างมีเอกฉันท์ยกเพื่อนของตนขึ้นโดยไม่มีความตึงเครียดที่เห็นได้ชัดเจน

ข้าว. 7. คุณสามารถยกผู้ใหญ่ได้ด้วยเจ็ดนิ้ว

หากคุณกำลังทำการทดลองนี้เป็นครั้งแรก คุณจะประหลาดใจกับความง่ายดายที่คาดไม่ถึงที่เกิดขึ้น ความลับของความสะดวกนี้อยู่ในกฎหมาย การสลายตัวความแข็งแกร่ง น้ำหนักผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยคือ 170 ปอนด์ น้ำหนัก 170 ปอนด์นี้กดดันเจ็ดนิ้วในคราวเดียว ดังนั้นแต่ละนิ้วจะรับน้ำหนักได้ประมาณ 25 ปอนด์เท่านั้น เป็นเรื่องง่ายสำหรับผู้ใหญ่ที่จะยกของหนักด้วยนิ้วเดียว

ยกโถน้ำด้วยฟาง

ประสบการณ์นี้ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้เลยตั้งแต่แรกเห็น แต่เราเพิ่งเห็นว่าการเชื่อใจ "การมองแวบแรก" นั้นไม่ระมัดระวังเพียงใด

ใช้ฟางที่ยาว แข็ง และแข็งแรง งอแล้วใส่ลงในโถใส่น้ำดังแสดงในรูป 8: ปลายของมันควรพิงกับผนังขวดเหล้า ตอนนี้คุณสามารถยกมันขึ้นได้ - ฟางจะยึดขวดเหล้า

ข้าว. 8. ขวดน้ำแขวนอยู่บนฟาง

เมื่อใส่หลอด คุณต้องแน่ใจว่าส่วนที่ติดกับผนังขวดเหล้านั้นตั้งตรงจนสุด ไม่เช่นนั้นฟางจะงอและพังทั้งระบบ ประเด็นทั้งหมดก็คือแรง (น้ำหนักของขวดเหล้า) ทำหน้าที่ อย่างเคร่งครัดหลอด: ในทิศทางตามยาว หลอดมีความแข็งแรงมาก แม้ว่าจะหักได้ง่ายในทิศทางตามขวางก็ตาม

ทางที่ดีควรเรียนรู้วิธีทำการทดลองนี้ด้วยขวดก่อนแล้วจึงลองทำซ้ำด้วยขวดเหล้า เราขอแนะนำให้ผู้ทดลองที่ไม่มีประสบการณ์วางสิ่งที่อ่อนนุ่มลงบนพื้น เผื่อไว้ ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม แต่ไม่จำเป็นต้องทำลายขวดเหล้า...

การทดลองต่อไปนี้คล้ายกับการทดลองที่อธิบายไว้มากและใช้หลักการเดียวกัน

เจาะเหรียญด้วยเข็ม

เหล็กนั้นแข็งกว่าทองแดง ดังนั้นภายใต้ความกดดัน เข็มเหล็กจึงควรเจาะเหรียญทองแดงได้ ปัญหาเดียวคือเมื่อค้อนโดนเข็ม มันจะงอและหักได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจัดเตรียมการทดลองในลักษณะที่ป้องกันไม่ให้เข็มงอ สิ่งนี้ทำได้ง่ายมาก: แทงเข็มเข้าไปในจุกไม้ก๊อกตามแนวแกน - แล้วคุณก็สามารถลงมือทำธุรกิจได้ วางเหรียญ (โกเปค) ลงบนบล็อกไม้สองอัน ดังแสดงในรูปที่ 1 9 แล้ววางปลั๊กที่มีเข็มอยู่ ระวังหน่อยเหรียญก็แตก ไม้ก๊อกสำหรับการทดลองจะต้องมีความหนาแน่นและสูงเพียงพอ

ข้าว. 9. เข็มแทงเหรียญทองแดง

เหตุใดวัตถุปลายแหลมจึงมีหนาม?

คุณเคยคิดเกี่ยวกับคำถามนี้หรือไม่: ทำไมเข็มถึงเจาะวัตถุต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดาย? เหตุใดจึงเจาะผ้าหรือกระดาษแข็งด้วยเข็มบางได้ง่าย แต่ใช้ไม้หนาเจาะได้ยาก อันที่จริงในทั้งสองกรณีดูเหมือนว่าพลังเดียวกันจะกระทำ

ความจริงก็คือความแข็งแกร่งไม่เท่ากัน ในกรณีแรก แรงกดทั้งหมดจะมุ่งไปที่ปลายเข็ม ในขณะที่ในกรณีที่สอง แรงเดียวกันจะกระจายไปทั่วพื้นที่ปลายก้านที่ใหญ่กว่ามาก พื้นที่ปลายเข็มน้อยกว่าพื้นที่ปลายไม้เท้าเป็นพันเท่าดังนั้นแรงกดของเข็มจึงมากกว่าแรงกดของไม้เท้าหลายพันเท่าด้วยแรงเท่ากัน ของกล้ามเนื้อของเรา

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อเราพูดถึงความกดดัน นอกจากกำลังแล้ว จำเป็นต้องคำนึงถึงขนาดของพื้นที่ที่แรงนี้กระทำด้วยด้วย เมื่อเราได้รับแจ้งว่ามีคนได้รับ 600 รูเบิล เงินเดือนแล้วเรายังไม่รู้ว่ามากหรือน้อยต้องรู้ - ต่อปีหรือต่อเดือน? ในทำนองเดียวกัน ผลกระทบของแรงขึ้นอยู่กับว่าแรงมีการกระจายต่อตารางนิ้วหรือมีความเข้มข้นที่ 1/100 ตารางนิ้ว มิลลิเมตร.

ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ มีดคมๆ จะตัดได้ดีกว่ามีดทื่อ

ดังนั้น ของที่ลับแล้วจะมีหนามแหลม และมีดที่ลับแล้วก็สามารถตัดได้ดีเพราะว่าพลังอันมหาศาลนั้นมุ่งไปที่จุดและใบมีดของพวกมัน

บทที่สอง
แรงโน้มถ่วง. แขนคันโยก. ตาชั่ง

ขึ้นเนิน

เราคุ้นเคยมากที่ได้เห็นวัตถุที่มีน้ำหนักมากกลิ้งลงมาตามระนาบเอียง จนตัวอย่างของร่างกายที่กลิ้งขึ้นไปอย่างอิสระตลอดจนดูเหมือนเป็นสิ่งมหัศจรรย์เมื่อมองแวบแรก อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรง่ายไปกว่าการจัดเตรียมปาฏิหาริย์ในจินตนาการเช่นนี้ นำแถบกระดาษแข็งที่มีความยืดหยุ่นงอเป็นวงกลมแล้วทากาวที่ปลายเข้าด้วยกัน - คุณจะได้วงแหวนกระดาษแข็ง ทากาวเหรียญหนัก เช่น ชิ้นห้าสิบโกเปค ไว้ด้านในของวงแหวนด้วยขี้ผึ้ง ตอนนี้วางวงแหวนนี้ไว้ที่ฐานของกระดานเอียงเพื่อให้เหรียญอยู่ด้านหน้าจุดศูนย์กลางที่ด้านบน ปล่อยวงแหวน และมันจะม้วนขึ้นไปตามทางลาดเอง (ดูรูปที่ 10)

ข้าว. 10. แหวนจะม้วนขึ้นเอง

เหตุผลนั้นชัดเจน: เนื่องจากน้ำหนักของมัน เหรียญจึงมีแนวโน้มที่จะครองตำแหน่งต่ำสุดในวงแหวน แต่เมื่อเคลื่อนที่ไปตามวงแหวน มันจึงบังคับให้มันม้วนขึ้น

หากคุณต้องการเปลี่ยนประสบการณ์เป็นจุดสนใจและทำให้แขกของคุณต้องว้าว คุณต้องจัดฉากให้แตกต่างออกไปเล็กน้อย ติดของหนักไว้ที่ด้านในของกล่องหมวกทรงกลมเปล่า จากนั้นเมื่อปิดกล่องแล้ววางไว้ตรงกลางกระดานเอียงอย่างถูกต้องแล้วถามแขกว่ากล่องจะม้วนที่ไหนถ้าไม่ถือ - ขึ้นหรือลง? แน่นอนว่าทุกคนจะพูดเป็นเอกฉันท์ว่ามันพัง และพวกเขาจะประหลาดใจมากเมื่อกล่องม้วนขึ้นต่อหน้าต่อตา แน่นอนว่าความเอียงของบอร์ดไม่ควรมากเกินไปสำหรับสิ่งนี้

Versta เป็นหน่วยวัดระยะทางของรัสเซีย มีค่าเท่ากับ 500 ฟาทอม หรือ 1,066.781 เมตร – ประมาณ. เอ็ด

เท้า – (เท้าอังกฤษ – เท้า) – หน่วยวัดระยะทางของอังกฤษ อเมริกัน และรัสเซียเก่า เท่ากับ 30.48 เซนติเมตร ไม่รวมอยู่ในระบบ SI – ประมาณ. เอ็ด

นิ้ว - (จากภาษาดัตช์ duim - นิ้วหัวแม่มือ) - ชื่อภาษารัสเซียสำหรับหน่วยระยะทางในระบบที่ไม่ใช่ระบบเมตริกของยุโรปบางระบบ โดยปกติจะเท่ากับ 1/12 หรือ 1/10 ("นิ้วทศนิยม") ของฟุตของประเทศที่เกี่ยวข้อง คำว่านิ้วถูกนำมาใช้ในภาษารัสเซียโดย Peter I เมื่อต้นศตวรรษที่ 18 ทุกวันนี้ นิ้วมักถูกเข้าใจว่าเป็นนิ้วในภาษาอังกฤษ ซึ่งเท่ากับ 2.54 ซม. พอดี – ประมาณ. เอ็ด

ใช่แล้ว เพเรลแมน

ฟิสิกส์ที่สนุกสนาน

จากบรรณาธิการ

ฉบับเสนอ "ฟิสิกส์บันเทิง" โดย Ya.I. Perelman ทำซ้ำสี่ข้อก่อนหน้า ผู้เขียนทำงานกับหนังสือเล่มนี้เป็นเวลาหลายปีโดยปรับปรุงข้อความและเสริมและเป็นครั้งสุดท้ายในช่วงชีวิตของผู้เขียนหนังสือเล่มนี้ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1936 (ฉบับที่สิบสาม) เมื่อเผยแพร่ฉบับต่อ ๆ ไปบรรณาธิการไม่ได้ตั้งเป้าหมายในการแก้ไขข้อความหรือการเพิ่มเติมที่สำคัญเป็นเป้าหมาย: ผู้เขียนเลือกเนื้อหาหลักของ "ฟิสิกส์บันเทิง" ในลักษณะที่ในขณะที่แสดงและทำให้ข้อมูลพื้นฐานจากฟิสิกส์ลึกซึ้งยิ่งขึ้น มันไม่ล้าสมัยจนถึงทุกวันนี้ นอกจากนี้ในช่วงหลังปี พ.ศ. 2479 ผ่านไปมากแล้วที่ความปรารถนาที่จะสะท้อนถึงความสำเร็จล่าสุดของฟิสิกส์จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากในหนังสือและการเปลี่ยนแปลงใน "ใบหน้า" ของมัน ตัวอย่างเช่น ข้อความของผู้เขียนเกี่ยวกับหลักการบินอวกาศไม่ล้าสมัยและมีเนื้อหาที่เป็นข้อเท็จจริงมากมายในพื้นที่นี้ซึ่งใคร ๆ ก็สามารถอ้างอิงผู้อ่านไปยังหนังสือเล่มอื่น ๆ ที่อุทิศให้กับหัวข้อนี้โดยเฉพาะเท่านั้น

ฉบับที่สิบสี่และสิบห้า (พ.ศ. 2490 และ พ.ศ. 2492) ได้รับการตีพิมพ์ภายใต้กองบรรณาธิการของศาสตราจารย์ เอ.บี. มลอดเซเยฟสกี้. รองศาสตราจารย์มีส่วนร่วมในการจัดทำฉบับพิมพ์ครั้งที่ 16 (พ.ศ. 2502 – 2503) วี.เอ. อูการอฟ เมื่อแก้ไขสิ่งพิมพ์ทั้งหมดที่เผยแพร่โดยไม่มีผู้เขียน เฉพาะตัวเลขที่ล้าสมัยจะถูกแทนที่ โครงการที่ไม่พิสูจน์ตัวเองจะถูกลบออก และมีการเพิ่มเติมและบันทึกย่อแต่ละรายการ

ในหนังสือเล่มนี้ผู้เขียนพยายามไม่มากนักที่จะถ่ายทอดความรู้ใหม่ ๆ ให้กับผู้อ่าน แต่เพื่อช่วยให้เขา "ค้นหาสิ่งที่เขารู้" นั่นคือเพื่อเจาะลึกและฟื้นฟูข้อมูลพื้นฐานจากฟิสิกส์ที่เขามีอยู่แล้วสอนเขาว่าอย่างไร เพื่อจัดการมันอย่างมีสติและกระตุ้นให้เขานำไปใช้ในหลายๆ ด้าน . สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการตรวจสอบปริศนาที่หลากหลาย คำถามที่ซับซ้อน เรื่องราวที่สนุกสนาน ปัญหาที่น่าขบขัน ความขัดแย้ง และการเปรียบเทียบที่ไม่คาดคิดจากสาขาฟิสิกส์ ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวัน หรือดึงมาจากผลงานนิยายวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง ผู้เรียบเรียงใช้วัสดุประเภทหลังอย่างกว้างขวางโดยเฉพาะโดยพิจารณาว่ามีความเกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์ของการรวบรวมมากที่สุด: ข้อความที่ตัดตอนมาจากนวนิยายและเรื่องราวของ Jules Verne, Wells, Mark Twain และคนอื่น ๆ นอกจากนี้ประสบการณ์ที่ยอดเยี่ยมที่อธิบายไว้ในพวกเขายัง ถึงความเย้ายวนใจของพวกเขายังสามารถมีบทบาทสำคัญในคุณภาพการสอนเมื่อสอน ภาพประกอบสด

ผู้เรียบเรียงพยายามอย่างเต็มที่เพื่อให้การนำเสนอมีรูปแบบที่น่าสนใจภายนอกและถ่ายทอดความน่าดึงดูดใจของเนื้อหา เขาได้รับคำแนะนำจากสัจพจน์ทางจิตวิทยาที่ว่าความสนใจในเรื่องใดเรื่องหนึ่งเพิ่มความสนใจ ช่วยให้เกิดความเข้าใจ และส่งผลให้มีการดูดซึมอย่างมีสติและยั่งยืนมากขึ้น

ขัดกับธรรมเนียมที่กำหนดไว้สำหรับ ชนิดนี้คอลเลกชันใน "ฟิสิกส์บันเทิง" มีพื้นที่น้อยมากสำหรับคำอธิบายการทดลองทางกายภาพที่ตลกและน่าตื่นเต้น หนังสือเล่มนี้มีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างจากคอลเลกชันที่นำเสนอเนื้อหาสำหรับการทดลอง เป้าหมายหลักของ "ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง" คือการกระตุ้นกิจกรรมของจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อให้ผู้อ่านคุ้นเคยกับการคิดในจิตวิญญาณของวิทยาศาสตร์กายภาพ และเพื่อสร้างการเชื่อมโยงความรู้ทางกายภาพมากมายในความทรงจำของเขากับปรากฏการณ์ที่หลากหลายที่สุดของชีวิตด้วย ทุกสิ่งที่เขามักจะติดต่อด้วย ทัศนคติที่ผู้เรียบเรียงพยายามยึดถือเมื่อแก้ไขหนังสือเล่มนี้ได้รับจาก V.I. เลนินในคำต่อไปนี้: “ นักเขียนยอดนิยมนำผู้อ่านไปสู่ความคิดที่ลึกซึ้งไปสู่การสอนที่ลึกซึ้งโดยอาศัยข้อมูลที่ง่ายที่สุดและเป็นที่รู้จักโดยทั่วไปชี้ โดยใช้เหตุผลง่ายๆ หรือตัวอย่างหลักที่เลือกสรรมาอย่างดี ข้อสรุปจากข้อมูลเหล่านี้ ทำให้ผู้อ่านคิดไปสู่คำถามเพิ่มเติมและเพิ่มเติม นักเขียนยอดนิยมไม่ถือว่าผู้อ่านที่ไม่คิด ไม่ต้องการ หรือไม่สามารถคิดได้ ในทางกลับกัน เขาถือว่าผู้อ่านที่ยังไม่พัฒนามีความตั้งใจจริงจังที่จะทำงานกับสมองของเขาและ ช่วยได้เขาทำงานที่จริงจังและยากลำบากนี้ ชี้แนะเขา ช่วยเขาก้าวแรก และ การสอนก้าวต่อไปด้วยตัวคุณเอง” [V. ไอ. เลนิน. ของสะสม อ้าง., เอ็ด. 4 เล่ม 5 หน้า 285.].

เนื่องจากผู้อ่านสนใจประวัติของหนังสือเล่มนี้ เราจึงให้ข้อมูลบรรณานุกรมบางส่วนเกี่ยวกับหนังสือเล่มนี้

“Entertaining Physics” “ถือกำเนิด” เมื่อสี่ศตวรรษก่อนและเป็นหนังสือเล่มแรกในตระกูลหนังสือเล่มใหญ่ของผู้แต่ง ซึ่งปัจจุบันมีจำนวนสมาชิกหลายสิบคน

“ ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง” โชคดีที่สามารถเจาะเข้าไปในมุมที่ห่างไกลที่สุดของสหภาพตามที่จดหมายจากผู้อ่านเป็นพยาน

การจำหน่ายหนังสือเล่มนี้อย่างมีนัยสำคัญซึ่งเป็นพยานถึงความสนใจอย่างมากของความรู้ทางกายภาพในวงกว้างทำให้ผู้เขียนต้องรับผิดชอบอย่างร้ายแรงต่อคุณภาพของเนื้อหา การตระหนักถึงความรับผิดชอบนี้อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงและการเพิ่มเติมมากมายในเนื้อหา "ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง" ในระหว่างการพิมพ์ซ้ำหลายครั้ง หนังสือเล่มนี้อาจกล่าวได้ว่าเขียนขึ้นตลอด 25 ปีของการดำรงอยู่ ในฉบับล่าสุด ข้อความฉบับแรกเกือบครึ่งหนึ่งได้รับการเก็บรักษาไว้ และภาพประกอบก็แทบจะไม่มีเลย

ผู้เขียนได้รับการร้องขอจากผู้อ่านคนอื่นๆ ให้งดเว้นจากการแก้ไขข้อความ เพื่อไม่ให้พวกเขา "ซื้อฉบับพิมพ์ซ้ำแต่ละครั้งเนื่องจากมีหน้าใหม่หลายสิบหน้า" การพิจารณาดังกล่าวแทบจะไม่สามารถบรรเทาผู้เขียนจากภาระผูกพันในการปรับปรุงงานของเขาในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ “ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง” ไม่ใช่ ชิ้นงานศิลปะและเรียงความนั้นเป็นวิทยาศาสตร์แม้ว่าจะได้รับความนิยมก็ตาม วิชาของมัน - ฟิสิกส์ - แม้ในรากฐานเริ่มต้นจะเต็มไปด้วยเนื้อหาที่สดใหม่อยู่ตลอดเวลาและหนังสือจะต้องรวมไว้ในข้อความเป็นระยะ

ในทางกลับกัน มักได้ยินคำตำหนิว่า "ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง" ไม่ได้อุทิศพื้นที่ให้กับหัวข้อต่างๆ เช่น ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีวิทยุ การแยกตัวของนิวเคลียสของอะตอม ทฤษฎีกายภาพสมัยใหม่ ฯลฯ การตำหนิประเภทนี้เป็นผลจาก ความเข้าใจผิด “ฟิสิกส์เพื่อความบันเทิง” มีเป้าหมายที่เฉพาะเจาะจงมาก การพิจารณาประเด็นเหล่านี้เป็นหน้าที่ของงานอื่น

หนังสือเล่มถัดไปของ Ya. I. Perelman ที่คุณสนใจประกอบด้วยความขัดแย้ง ปัญหา การทดลอง คำถามที่ซับซ้อน และเรื่องราวจากสาขาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับช่วงของปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันหรือนำมาจากผลงานนิยายวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง จุดประสงค์ของหนังสือเล่มนี้ไม่ได้เพื่อให้ความรู้ใหม่ ๆ แก่ผู้อ่านมากนัก แต่เพื่อช่วยให้เขาฟื้นสิ่งที่เขามีอยู่แล้ว และกระตุ้นกิจกรรมของจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ สิ่งที่คุ้นเคยปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยถูกแสดงออกมาจากด้านใหม่ที่ไม่คาดคิด Paradoxes กระตุ้นให้เกิดความอยากรู้อยากเห็น หลักการทางวิทยาศาสตร์มีภาพประกอบพร้อมตัวอย่างจากชีวิตประจำวันตั้งแต่ นิยายจากโลกแห่งเทคโนโลยีสมัยใหม่สู่ผู้แต่ง อคติทั่วไปได้รับการแก้ไข มีการใช้การเปรียบเทียบ การทดลอง เกม และลูกเล่นที่น่าทึ่ง ความสนุกสนานและความอยากรู้อยากเห็นเป็นบริการของการเรียนรู้

หนังสือเล่มนี้มีไว้สำหรับนักเรียนระดับมัธยมศึกษาและบุคคลที่มีส่วนร่วมในการศึกษาด้วยตนเอง

บนเว็บไซต์ของเรา คุณสามารถดาวน์โหลดหนังสือ "ฟิสิกส์บันเทิง เล่ม 1" Perelman Yakov Isidorovich ได้ฟรีและไม่ต้องลงทะเบียนในรูปแบบ fb2, rtf, epub, pdf, txt อ่านหนังสือออนไลน์หรือซื้อหนังสือในร้านค้าออนไลน์