تجارب فيزيائية مثيرة للاهتمام للأطفال. الفيزياء مسلية

يا.بيرلمان

الفيزياء مسلية

من المحرر

النسخة المقترحة من "الفيزياء المسلية" تكرر بشكل أساسي الإصدارات السابقة. لقد عمل Ya. I. Perelman على الكتاب لسنوات عديدة، وتحسين النص واستكماله، وفي آخر مرةنُشر الكتاب خلال حياة المؤلف عام 1936 (الطبعة الثالثة عشرة). عند إصدار الطبعات اللاحقة، لم يحدد المحررون مراجعة جذرية للنص أو إضافات مهمة كهدفهم: اختار المؤلف المحتوى الرئيسي لكتاب "الفيزياء المسلية" بطريقة تجعله، أثناء توضيح وتعميق المعلومات الأساسية من الفيزياء، لم يعد قديمًا حتى يومنا هذا. بالإضافة إلى ذلك، لقد مر وقت طويل منذ عام 1936 حتى أن الرغبة في عكس أحدث الإنجازات في الفيزياء كانت ستؤدي إلى زيادة كبيرة في الكتاب وإلى تغيير في "وجهه". على سبيل المثال، لم يعد نص المؤلف حول مبادئ الرحلات الفضائية قديما، وهناك بالفعل الكثير من المواد الواقعية في هذا المجال بحيث لا يمكن توجيه القارئ إلا إلى كتب أخرى مخصصة لهذا الموضوع على وجه التحديد. نُشرت الطبعتان الرابعة عشرة والخامسة عشرة (1947 و 1949) تحت رئاسة الأستاذ. أ.ب ملودزيفسكي. شارك أستاذ مشارك في إعداد الطبعة السادسة عشرة (1959-1960). V. A. اوجاروف. عند تحرير جميع المنشورات المنشورة بدون مؤلف، تم استبدال الأرقام القديمة فقط، وتمت إزالة المشاريع التي لم تبرر نفسها، وتم إجراء الإضافات والملاحظات الفردية.

هذا الكتاب عبارة عن مجموعة مستقلة وليست استمرارًا مباشرًا للكتاب الأول للفيزياء الترفيهية. إن نجاح المجموعة الأولى دفع المؤلف إلى معالجة بقية المواد التي راكمها، وهكذا تم تجميع هذا الكتاب الثاني، أو بالأحرى كتاب آخر، يغطي نفس أقسام الفيزياء.

في الكتاب المقترح، كما هو الحال في الأول، لا يسعى المترجم إلى نقل معرفة جديدة بقدر ما يسعى إلى إحياء وتحديث أبسط المعلومات التي يمتلكها القارئ بالفعل عن الفيزياء. الغرض من الكتاب هو تحفيز نشاط الخيال العلمي وتعليم الفرد التفكير بروح الفيزياء وتنمية عادة التطبيق المتنوع للمعرفة. لذلك، في "الفيزياء الترفيهية" يتم إعطاء وصف التجارب المذهلة مكانًا ثانويًا؛ الألغاز الجسدية، والمشاكل المثيرة للاهتمام، والمفارقات التعليمية، والأسئلة المعقدة، والمقارنات غير المتوقعة من الميدان تأتي في المقدمة الظواهر الفيزيائيةإلخ. بحثًا عن مثل هذه المواد، يلجأ المترجم إلى مجموعة من ظواهر الحياة اليومية، إلى مجال التكنولوجيا، إلى الطبيعة، إلى صفحات روايات الخيال العلمي - باختصار، إلى كل ما هو خارج الكتاب المدرسي و الفصول الدراسية الفيزياء، يمكن أن تجذب انتباه القارئ الفضولي.

قصد الكتاب ليس للدراسة، بل للقراءة، حاول المترجم، قدر استطاعته، إعطاء الفرض شكلاً مثيرًا للاهتمام ظاهريًا، بناءً على حقيقة أن الاهتمام بالموضوع يزيد الاهتمام، ويعزز عمل الفكر، وبالتالي ، يساهم في استيعاب أكثر وعيا. ولإحياء الاهتمام بالحسابات الفيزيائية، قدمت بعض المقالات في هذه المجموعة مواد حسابية (وهو ما لم يحدث تقريبًا في الكتاب الأول). بشكل عام، مجموعة اختيار المواد هذه مخصصة لقارئ أكثر استعدادًا قليلاً من الكتاب الأول "الفيزياء المسلية"، على الرغم من أن الفرق في هذا الصدد بين الكتابين غير مهم للغاية بحيث يمكن قراءتهما بأي ترتيب وبشكل مستقل عن أحدهما. كتاب آخر "الفيزياء المسلية غير موجودة". وبدلا من ذلك، جمع مؤلفها الكتب التالية: "الميكانيكا الترفيهية"، "هل تعرف الفيزياء؟" بالإضافة إلى كتاب منفصل مخصص لعلم الفلك: "علم الفلك الترفيهي".

1936 يو بيرلمان

الفصل الأول

القوانين الأساسية للميكانيكا

أرخص وسيلة للسفر

يتحدث الكاتب الفرنسي البارع في القرن السابع عشر، سيرانو دي بيرجيراك، في كتابه الساخر "تاريخ الدول على القمر" (1652)، من بين أمور أخرى، عن مثل هذه الحادثة المذهلة التي يُزعم أنها حدثت له. أثناء قيامه بتجارب فيزيائية، تم رفعه ذات مرة عالياً في الهواء مع قواريره بشكل غير مفهوم. عندما تمكن، بعد بضع ساعات، من النزول مرة أخرى إلى الأرض، وجد نفسه، لدهشته، لم يعد في موطنه فرنسا ولا حتى في أوروبا، ولكن في البر الرئيسي أمريكا الشمالية، في كندا! رحلتك غير المتوقعة عبر المحيط الأطلسيلكن الكاتب الفرنسي يجد ذلك طبيعيًا تمامًا. ويفسر ذلك بحقيقة أنه بينما تم فصل المسافر غير المقصود عنه سطح الأرضواصل كوكبنا دورانه نحو الشرق؛ ولهذا السبب عندما غرق كانت قارة أمريكا تحت قدميه بدلاً من فرنسا.

يبدو أن وسيلة السفر رخيصة وسهلة! على المرء فقط أن يرتفع فوق الأرض ويبقى في الهواء لبضع دقائق على الأقل ليهبط في مكان مختلف تمامًا، بعيدًا إلى الغرب. فبدلاً من القيام برحلات شاقة عبر القارات والمحيطات، يمكنك أن تتدلى بلا حراك فوق الأرض وتنتظر حتى تقدم هي نفسها وجهة للمسافر.

لسوء الحظ، هذه الطريقة المذهلة ليست أكثر من مجرد خيال. أولاً، بعد أن صعدنا إلى الهواء، فإننا، في الواقع، لم ننفصل بعد عن الكرة الأرضية: فنحن نظل متصلين بقذائفها الغازية، المعلقة في الغلاف الجوي، والتي تشارك أيضًا في دوران الأرض حول محورها. يدور الهواء (أو بالأحرى طبقاته السفلية الأكثر كثافة) مع الأرض حاملاً معه كل ما فيها: السحب والطائرات وجميع الطيور الطائرة والحشرات وغيرها. إذا لم يشارك الهواء في دوران الكرة الأرضية ، ثم ، عندما نقف على الأرض، سنشعر باستمرار برياح قوية، مقارنة بها يبدو الإعصار الأكثر فظاعة وكأنه نسيم لطيف). بعد كل شيء، لا فرق على الإطلاق، سواء كنا نقف صامدين ويتحرك الهواء أمامنا، أو على العكس من ذلك، الهواء بلا حراك ونتحرك فيه؛ في كلتا الحالتين نشعر بنفس الشيء ريح شديدة. يشعر سائق دراجة نارية يتحرك بسرعة 100 كيلومتر في الساعة برياح معاكسة قوية حتى في الطقس الهادئ تمامًا.

الشكل 1. هل من الممكن رؤية كيف تدور الكرة الأرضية من البالون؟ (الرسم غير قابل للتكبير والتصغير.)

هذا هو أول شيء. ثانياً، حتى لو تمكنا من الصعود إلى أعلى طبقات الغلاف الجوي، أو لو لم تكن الأرض محاطة بالهواء على الإطلاق، فلن نتمكن من الاستفادة من وسيلة السفر الرخيصة تلك التي تخيلها الساخر الفرنسي. في الواقع، بالانفصال عن سطح الأرض الدوارة، نستمر في التحرك بالقصور الذاتي بنفس السرعة، أي بنفس السرعة التي تتحرك بها الأرض تحتنا. عندما ننزل مرة أخرى، نجد أنفسنا في نفس المكان الذي انفصلنا عنه سابقًا، تمامًا كما، بعد القفز في عربة قطار متحرك، نعود إلى مكاننا الأصلي. صحيح أننا سنتحرك بالقصور الذاتي في خط مستقيم (عرضيًا)، وستتحرك الأرض الموجودة أسفلنا على شكل قوس؛ ولكن لفترات قصيرة من الزمن هذا لا يغير الأمور.

"الأرض، توقف!"

لدى الكاتب الإنجليزي الشهير هربرت ويلز قصة رائعة حول كيفية قيام كاتب معين بعمل المعجزات. تبين أن الشاب الضيق للغاية، بإرادة القدر، هو صاحب هدية مذهلة: بمجرد أن أعرب عن أي رغبة، تم الوفاء بها على الفور. ومع ذلك، فإن الهدية المغرية، كما اتضح فيما بعد، لم تجلب لمالكها ولا للآخرين أي شيء سوى المتاعب. نهاية هذه القصة مفيدة لنا.

بعد ليلة طويلة من الشرب، قرر كاتب المعجزة، خوفًا من العودة إلى المنزل عند الفجر، استخدام هديته لإطالة الليل. كيف افعلها؟ يجب أن نأمر نجوم السماء بالتوقف عن الجري. لم يقرر الكاتب على الفور مثل هذا العمل الاستثنائي، وعندما نصحه أحد الأصدقاء بإيقاف القمر، نظر إليها بعناية وقال مدروسًا:

"- يبدو لي أنها بعيدة جدًا عن هذا ... ما رأيك؟ "

ولكن لماذا لا تحاول؟ - أصر ميديج (كان هذا اسم الصديق - ياب). - بالطبع لن يتوقف، بل ستوقف دوران الأرض فقط. آمل أن هذا لا يضر أحدا!

قال فوثرينجاي (كاتب - ياب): حسنًا، حسنًا، سأحاول. حسنًا…

وقف في وضع آمر، ومد يديه على العالم وقال رسميًا:

الأرض، توقف! توقف عن الدوران! لم يكن لديه وقت لإنهاء هذه الكلمات، وكان الأصدقاء يطيرون بالفعل إلى الفضاء بسرعة عدة عشرات من الأميال في الدقيقة.

وعلى الرغم من ذلك، استمر في التفكير. وفي أقل من ثانية كان لديه الوقت للتفكير والتعبير لنفسه عن الرغبة التالية:

مهما حدث، أتمنى أن أكون على قيد الحياة دون أن أصاب بأذى!

ومن المستحيل عدم الاعتراف بأن هذه الرغبة تم التعبير عنها في الوقت المناسب. بضع ثوان أخرى - وسقط على بعض الأرض المحفورة حديثا، ومن حوله، دون أن يسبب له أي ضرر، اندفعت الحجارة وشظايا المباني والأشياء المعدنية بمختلف أنواعها؛ كانت بعض البقرة المؤسفة تطير أيضًا، وتحطمت عندما اصطدمت بالأرض. هبت الريح بقوة رهيبة. لم يستطع حتى رفع رأسه لينظر حوله.

"غير مفهوم،" هتف بصوت مكسور. - ماذا حدث؟ عاصفة أم ماذا؟ لا بد أنني فعلت شيئًا خاطئًا.

وبعد أن نظر حوله بقدر ما تسمح به الريح وذيول سترته المرفرفة، تابع:

يبدو أن كل شيء على ما يرام في السماء. هنا يأتي القمر. حسنًا، وكل شيء آخر... أين المدينة؟ أين البيوت والشوارع؟ من أين أتت الريح؟ لم أأمر الريح أن تكون.

حاول فوثرينجاي الوقوف على قدميه، لكن ثبت أن هذا مستحيل تمامًا، ولذلك تقدم للأمام على أطرافه الأربعة، متمسكًا بالصخور وحواف الأرض. ومع ذلك، لم يكن هناك مكان للذهاب إليه، لأنه بقدر ما يمكن رؤيته من تحت ذيول السترة، التي ألقيتها الريح على رأس معالج الزواحف، كان كل شيء حوله صورة واحدة للتدمير.

كان يعتقد أن شيئًا ما في الكون قد أصبح سيئًا للغاية، وما هو غير معروف بالضبط.

لقد أصبح الأمر سيئًا حقًا. لم تكن هناك منازل ولا أشجار ولا كائنات حية من أي نوع، ولم يكن هناك شيء مرئي. لم يكن هناك سوى أطلال عديمة الشكل وشظايا مختلفة، بالكاد يمكن رؤيتها وسط إعصار كامل من الغبار.

الجاني في كل هذا لم يفهم بالطبع ما الذي يحدث. ومع ذلك فقد تم شرحه بكل بساطة. بعد أن أوقف الأرض على الفور، لم يفكر فوثرينجاي في القصور الذاتي، ومع ذلك، مع التوقف المفاجئ في الحركة الدائرية، فإنه سيقذف حتماً كل ما عليها من سطح الأرض. هذا هو السبب في أن المنازل والأشخاص والأشجار والحيوانات - بشكل عام، كل ما لم يكن مرتبطا بشكل لا ينفصم بالكتلة الرئيسية للكرة الأرضية، طار بشكل عرضي على سطحه بسرعة رصاصة. وبعد ذلك سقط كل شيء على الأرض مرة أخرى، وتكسر إلى أجزاء.

أدرك فوثرينجاي أن المعجزة التي قام بها لم تكن ناجحة بشكل خاص. لذلك، تغلب عليه اشمئزاز عميق من جميع أنواع المعجزات، ووعد نفسه بعدم القيام بها بعد الآن. لكن كان من الضروري أولاً تصحيح المشكلة التي سببها. وتبين أن هذه المشكلة ليست صغيرة. كانت العاصفة مستعرة، وغطت سحب الغبار القمر، وكان من الممكن سماع صوت اقتراب المياه من بعيد؛ في ضوء البرق، رأى فوذرينغاي جدارًا كاملاً من الماء يتحرك بسرعة رهيبة نحو المكان الذي كان يرقد فيه. أصبح حاسما.

قف! - بكى متوجهاً إلى الماء. - ليست خطوة أخرى!

ثم كرر نفس الأمر للرعد والبرق والريح.

أصبح كل شيء هادئا. جلس القرفصاء وفكر.

كيف لا يسبب هذا نوعًا من الفوضى مرة أخرى، فكر ثم قال: "أولاً، عندما يتم تنفيذ كل ما آمر به الآن، هل لي أن أفقد القدرة على صنع المعجزات وأكون مثل الأشخاص العاديين." ليست هناك حاجة للمعجزات. لعبة خطيرة للغاية. وثانيًا، ليكن كل شيء على حاله: نفس المدينة، نفس الأشخاص، نفس المنازل، وأنا نفسي لم أعد كما كنت في ذلك الوقت.

رسالة من طائرة

تخيل أنك في طائرة تحلق بسرعة فوق الأرض. فيما يلي أماكن مألوفة. الآن سوف تطير فوق المنزل الذي يعيش فيه صديقك. "سيكون من الجميل أن أرسل له تحياتي،" يومض في ذهنك. تكتب بسرعة بضع كلمات على قطعة من ورق دفتر الملاحظات، وتربط الملاحظة بجسم ثقيل، والذي سنسميه لاحقًا "البضائع"، وبعد انتظار اللحظة التي يكون فيها المنزل تحتك مباشرةً، تقوم بتحرير الحمولة من يديك.

وأنت على ثقة تامة بالطبع أن الحمل سيقع في حديقة المنزل. ومع ذلك، فإنه يقع في الاتجاه الخاطئ، على الرغم من أن الحديقة والمنزل يقعان أسفلك مباشرة!

عند مشاهدته وهو يسقط من الطائرة، سترى ظاهرة غريبة: الحمل ينخفض، لكنه في نفس الوقت يستمر في البقاء تحت الطائرة، كما لو كان ينزلق على شيء مربوط به. خيط غير مرئي. وعندما يصل الحمل إلى الأرض، سيكون متقدمًا جدًا عن المكان الذي خططت له.

يتجلى هنا نفس قانون القصور الذاتي، الذي يمنعك من الاستفادة من النصائح المغرية للسفر على طريق برجراك. وبينما كانت الحمولة على متن الطائرة، تحركت مع السيارة. لقد سمحت له بالذهاب. ولكن بعد انفصالها عن الطائرة وسقوطها، لا تفقد الحمولة سرعتها الأصلية، ولكنها أثناء سقوطها تستمر في نفس الوقت في التحرك في الهواء في نفس الاتجاه. تضاف كلتا الحركتين، الرأسية والأفقية، ونتيجة لذلك، يطير الحمل أسفل خط منحني، ويبقى تحت الطائرة طوال الوقت (ما لم تغير الطائرة نفسها اتجاهها أو سرعتها بالطبع). يطير الحمل، في جوهره، بنفس الطريقة التي يطير بها الجسم المقذوف أفقيًا، على سبيل المثال رصاصة يتم إلقاؤها من مسدس موجه أفقيًا: يصف الجسم مسارًا مقوسًا، وينتهي في النهاية على الأرض.

لاحظ أن كل ما قيل هنا سيكون صحيحًا تمامًا إذا لم تكن هناك مقاومة للهواء. في الواقع، تعمل هذه المقاومة على إبطاء الحركة الرأسية والأفقية للحمولة، ونتيجة لذلك لا تبقى الحمولة مباشرة تحت الطائرة طوال الوقت، ولكنها تتخلف عنها إلى حد ما.

يمكن أن يكون الانحراف عن الخط الراسيا كبيرًا جدًا إذا كانت الطائرة تحلق على ارتفاع عالٍ وبسرعة عالية. في الطقس الهادئ، فإن الحمولة التي تسقط من طائرة تحلق بسرعة 100 كيلومتر في الساعة على ارتفاع 1000 متر سوف تسقط على مسافة 400 متر من مكان يقع عموديًا أسفل الطائرة (الشكل 2).

الحساب (إذا أهملنا مقاومة الهواء) بسيط. من صيغة المسار بحركة متسارعة بشكل موحد

سوف نحصل على ذلك

وهذا يعني أنه من ارتفاع 1000 متر يجب أن يسقط الحجر بداخله

أي 14 ثانية.

خلال هذا الوقت، سيكون لديه الوقت للتحرك أفقيا

قصف

بعد ما قيل، يتضح مدى صعوبة مهمة الطيار العسكري المكلف بإسقاط قنبلة على مكان معين: عليه أن يأخذ في الاعتبار سرعة الطائرة، وتأثير الهواء على الجسم الساقط. ، بالإضافة إلى سرعة الرياح. في التين. يُظهر الشكل 3 بشكل تخطيطي المسارات المختلفة التي تصفها القنبلة المسقطة في ظل ظروف معينة. إذا لم تكن هناك رياح، فإن القنبلة التي تم إسقاطها تقع على طول منحنى AP؛ لماذا يحدث هذا - لقد شرحنا أعلاه. مع الريح الخلفية، يتم حمل القنبلة للأمام وتتحرك. على طول منحنى AG. مع رياح معاكسة ذات قوة معتدلة، تسقط القنبلة على طول منحنى AD إذا كانت الرياح العلوية والسفلية هي نفسها، كما يحدث غالبًا، إذا كانت الرياح أدناه لها اتجاه معاكس للرياح العلوية (الرياح المعاكسة في الأعلى، والرياح الخلفية في الأعلى)؛ في الأسفل)، يغير منحنى السقوط مظهره ويأخذ شكل الخط A E.

الشكل 2. الحمولة المقذوفة من طائرة طائرة لا تسقط عموديًا، بل على طول منحنى.

الشكل 3. المسار الذي سقطت فيه القنابل من الطائرة. AR - في الطقس الهادئ. AG - مع رياح خلفية، AD - مع رياح معاكسة، AE - مع رياح معاكسة في الأعلى ورياح خلفية في الأسفل.

السكك الحديدية بدون توقف

عندما تقف على منصة محطة ثابتة ويمر بها قطار سريع، فإن القفز إلى العربة أثناء تحركها يكون بالطبع أمرًا صعبًا. لكن تخيل أن المنصة الموجودة أسفلك تتحرك أيضًا بنفس سرعة القطار وفي نفس اتجاهه. هل سيكون من الصعب عليك ركوب العربة بعد ذلك؟

لا على الإطلاق: سوف تدخل بهدوء كما لو كانت العربة واقفة. نظرًا لأنك أنت والقطار تتحركان في اتجاه واحد بنفس السرعة، فإن القطار بالنسبة إليك يكون في حالة سكون تام. صحيح أن عجلاتها تدور، لكن يبدو لك أنها تدور في مكانها. بالمعنى الدقيق للكلمة، كل تلك الأشياء التي نعتبرها عادة ثابتة - على سبيل المثال، قطار يقف في المحطة - تتحرك معنا حول محور الكرة الأرضية وحول الشمس؛ لكن من الناحية العملية يمكننا أن نتجاهل هذه الحركة، لأنها لا تزعجنا على الإطلاق.

وبالتالي، من المعقول تمامًا الترتيب بحيث يقوم القطار، الذي يمر عبر المحطات، بالتقاط الركاب وإنزالهم بأقصى سرعة، دون توقف. غالبًا ما يتم تركيب أجهزة من هذا النوع في المعارض لتمكين الجمهور من مشاهدة المعالم السياحية المنتشرة على مساحة شاسعة بسرعة وسهولة. النقاط القصوى لمنطقة المعرض، مثل الشريط الذي لا نهاية له، متصلة بواسطة السكك الحديدية؛ يمكن للركاب الدخول والخروج من العربات في أي وقت وفي أي مكان أثناء سير القطار بأقصى سرعة.

يظهر هذا الجهاز الغريب في الرسومات المصاحبة. في التين. 4 أحرف A وB تشير إلى المحطات الخارجية. يوجد في كل محطة منصة ثابتة مستديرة محاطة بقرص دوار كبير على شكل حلقة. ويدور حبل حول الأقراص الدوارة لكلا المحطتين، والتي ترتبط بها السيارات. شاهد الآن ما يحدث عندما يدور القرص. تدور السيارات حول الأقراص بنفس سرعة دوران حوافها الخارجية؛ لذلك يمكن للركاب الانتقال من الأقراص إلى العربات دون أدنى خطر أو على العكس من ذلك مغادرة القطار. بعد الخروج من العربة، يسير الراكب على طول القرص الدوار إلى مركز الدائرة حتى يصل إلى منصة ثابتة؛ ولم يعد من الصعب الانتقال من الحافة الداخلية للقرص المتحرك إلى المنصة الثابتة، لأنه هنا، مع نصف قطر صغير للدائرة، تكون السرعة الطرفية أيضًا صغيرة جدًا). بعد الوصول إلى المنصة الداخلية الثابتة، لا يمكن للراكب عبور الجسر إلى الأرض إلا خارج السكة الحديدية (الشكل 5).

الشكل 4. رسم تخطيطي لخط سكة حديد بدون توقف بين المحطتين A و B. يظهر هيكل المحطة في الشكل التالي.

الشكل 5. محطة سكة حديد بدون توقف.

يؤدي غياب التوقفات المتكررة إلى توفير كبير في الوقت واستهلاك الطاقة. في ترام المدينة، على سبيل المثال، معظمالوقت ويتم إنفاق ما يقرب من ثلثي الطاقة على التسارع التدريجي للحركة عند مغادرة المحطة وعلى التباطؤ عند التوقف).

في محطات السكك الحديدية، سيكون من الممكن الاستغناء عن منصات متحركة خاصة لاستقبال الركاب وإنزالهم بينما يكون القطار بأقصى سرعة. تخيل أن قطارًا سريعًا يمر عبر محطة ثابتة عادية؛ ونتمنى أن يقبل ركابًا جددًا هنا دون توقف. في الوقت الحالي، دع هؤلاء الركاب يشغلون مقاعد في قطار آخر يقف على مسار موازٍ احتياطي، ودع هذا القطار يبدأ في التحرك للأمام، ويطور نفس سرعة القطار السريع. عندما يكون كلا القطارين بجانب بعضهما البعض، سيكونان بلا حراك بالنسبة لبعضهما البعض: يكفي رمي الجسر الذي سيربط سيارات كلا القطارين، وسيتمكن ركاب القطار المساعد من النقل بأمان إلى قطار البريد السريع . التوقف في المحطات سيصبح، كما ترون، غير ضروري.

الأرصفة المتحركة

جهاز آخر، يستخدم حتى الآن فقط في المعارض، يعتمد على مبدأ نسبية الحركة: ما يسمى بـ "الأرصفة المتحركة". تم تنفيذها لأول مرة في معرض في شيكاغو عام 1893، ثم في معرض باريس العالمي عام 1900. وهنا رسم لمثل هذا الجهاز (الشكل 6). ترى خمسة حارات وأرصفة مغلقة، تتحرك بآلية خاصة، واحدة داخل الأخرى بسرعات مختلفة.

يسير الممر الخارجي ببطء شديد - بسرعة 5 كيلومترات فقط في الساعة؛ هذه هي السرعة الطبيعية للمشاة، وليس من الصعب الدخول في مثل هذا الممر الزاحف ببطء. وبجانبه بالداخل ممر ثان يسير بسرعة 10 كيلومترات في الساعة. قد يكون القفز عليه مباشرة من شارع ثابت أمرًا خطيرًا، لكن القفز عليه من الصفحة الأولى لا يكلف شيئًا. في الواقع: فيما يتعلق بهذا الشريط الأول، فإن الزحف بسرعة 5 كم، والثاني، يعمل بسرعة 10 كم في الساعة، يقطع 5 كم فقط في الساعة؛ وهذا يعني أن الانتقال من الأولى إلى الثانية سهل مثل الانتقال من الأرض إلى الأولى. يتحرك المسار الثالث بالفعل بسرعة 15 كم في الساعة، لكن التبديل إليه من المسار الثاني ليس بالأمر الصعب بالطبع. من السهل أيضًا الانتقال من المسار الثالث إلى المسار التالي، والرابع، والجري بسرعة 20 كم/ساعة، وأخيرًا، من هناك إلى المسار الخامس، والاندفاع بالفعل بسرعة 25 كم/ساعة. وهذا المسار الخامس يأخذ الراكب إلى النقطة التي يحتاجها؛ من هنا، ينتقل تباعًا من شريط إلى شريط، ويهبط على أرض ثابتة.

الشكل 6. الأرصفة المتحركة.

قانون صعب

ربما لا يسبب أي من القوانين الثلاثة الأساسية للميكانيكا الكثير من الارتباك مثل "قانون نيوتن الثالث" الشهير - قانون الفعل ورد الفعل. الجميع يعرفها، ويعرفون كيفية تطبيقها بشكل صحيح حتى في حالات أخرى، ومع ذلك فإن القليل من الناس يتحررون من بعض الغموض في فهمها. ربما، أيها القارئ، كنت محظوظا بما يكفي لفهمه على الفور، لكنني أعترف أنني فهمته بالكامل بعد عشر سنوات فقط من معرفتي الأولى به.

يتحدث الي من قبل أشخاص مختلفينلقد اقتنعت أكثر من مرة أن الأغلبية مستعدة للاعتراف بصحة هذا القانون إلا مع تحفظات كبيرة. إنهم يعترفون بسهولة أن هذا صحيح بالنسبة للأجسام الساكنة، لكنهم لا يفهمون كيف يمكن تطبيقه على تفاعل الأجسام المتحركة. يقول القانون إن الفعل دائمًا يساوي ويعاكس رد الفعل. وهذا يعني أنه إذا قام الحصان بسحب عربة، فإن العربة تسحب الحصان إلى الخلف بنفس القوة. ولكن بعد ذلك يجب أن تظل العربة في مكانها: لماذا لا تزال تتحرك؟ لماذا لا تتوازن هذه القوى فيما بينها إذا كانت متساوية؟

هذه هي الحيرة المعتادة المرتبطة بهذا القانون. إذن القانون خاطئ؟ لا، إنه صحيح تمامًا؛ نحن فقط نسيء فهم ذلك. لا توازن القوى بعضها البعض لمجرد أنها تطبق على أجسام مختلفة: واحدة على العربة، والأخرى على الحصان. القوى متساوية، نعم، لكن هل تنتج القوى المتساوية دائمًا تأثيرات متساوية؟ هل القوى المتساوية تعطي تسارعات متساوية لجميع الأجسام؟ ألا يعتمد تأثير القوة على الجسم على الجسم، وعلى مقدار "المقاومة" التي يوفرها الجسم نفسه للقوة؟

إذا فكرت في الأمر، يصبح من الواضح لماذا يسحب الحصان العربة، على الرغم من أن العربة تسحبه بنفس القوة. القوة المؤثرة على العربة والقوة المؤثرة على الحصان متساويتان في كل لحظة؛ ولكن بما أن العربة تتحرك بحرية على العجلات، والحصان يستقر على الأرض، فمن المفهوم لماذا تتدحرج العربة نحو الحصان. فكر فيما لو لم يكن للعربة أي مقاومة القوة الدافعةالخيول إذن... سيكون من الممكن الاستغناء عن الحصان: فالقوة الأضعف يجب أن تحرك العربة. ثم هناك حاجة إلى الحصان للتغلب على معارضة العربة.

كل هذا سيكون من الممكن فهمه بشكل أفضل وسيثير حيرة أقل إذا لم يتم التعبير عن القانون بالطريقة المعتادة نموذج قصير: "الفعل يساوي رد الفعل"، ومثال ذلك: "القوة المضادة تساوي القوة المؤثرة". بعد كل شيء، هنا فقط القوى متساوية، لكن الأفعال (إذا فهمنا، كما يُفهم عادة، من خلال "عمل القوة" حركة الجسم) عادة ما تكون مختلفة، لأن القوى يتم تطبيقها على أجسام مختلفة.

بالضبط نفس متى الجليد القطبيلقد ضغطوا على هيكل تشيليوسكين، وضغطت جوانبه على الجليد بنفس القوة. حدثت الكارثة لأن الجليد القوي كان قادرًا على تحمل مثل هذا الضغط دون أن ينهار؛ بدن السفينة، على الرغم من أنه مصنوع من الفولاذ، ولكن ليس جسمًا صلبًا، استسلم لهذه القوة، وتم سحقه وسحقه. (مزيد من التفاصيل حول الأسباب الجسدية لوفاة "تشيليوسكين" موصوفة بشكل أكبر في مقال منفصل في الصفحة 44).

حتى سقوط الأجسام يخضع بصرامة لقانون رد الفعل. تسقط التفاحة على الأرض بسبب انجذابها للكرة الأرضية؛ ولكن بنفس القوة بالضبط تجذب التفاحة كوكبنا بأكمله إلى نفسها. بالمعنى الدقيق للكلمة، تسقط التفاحة والأرض على بعضهما البعض، لكن سرعة هذا السقوط تختلف بالنسبة للتفاحة وبالنسبة للأرض. قوى متساوية الجذب المتبادلنقل تسارع قدره 10 م / ثانية 2 إلى التفاحة وإلى الكرة الأرضية - بنفس القدر من المرات التي تقل فيها كتلة الأرض عن كتلة التفاحة. بالطبع، كتلة الكرة الأرضية هي عدد لا يصدق من المرات أكبر من كتلة التفاح، وبالتالي فإن الأرض تتلقى إزاحة ضئيلة للغاية بحيث يمكن اعتبارها عمليا مساوية للصفر. ولهذا نقول إن التفاحة تسقط على الأرض، بدل أن نقول: «التفاحة والأرض يسقط كل منهما على الآخر»).

لماذا مات البطل سفياتوجور؟

هل تتذكر الملحمة الشعبية عن البطل سفياتوجور الذي قرر رفع الأرض؟ كان أرخميدس، وفقًا للأسطورة، مستعدًا أيضًا لإنجاز نفس العمل الفذ وطالب بنقطة ارتكاز لنفوذه. لكن Svyatogor كان قوياً حتى بدون نفوذ. كان يبحث فقط عن شيء يمسك به، شيء يضع يديه البطوليتين عليه. "بمجرد أن أجد قوة الجر، سأرفع الأرض بأكملها!" الفرصة قدمت نفسها: وجد البطل على الأرض "حقيبة سرج" "لن تختبئ، لن تطوى، لن ترتفع".

لو كان سفياتوجور يعرف قانون الفعل ورد الفعل، لكان قد أدرك أن قوته البطولية المطبقة على الأرض ستتسبب في قوة مضادة مساوية، وبالتالي هائلة بنفس القدر، يمكن أن تسحبه إلى الأرض.

على أية حال، يتضح من الملحمة أن الملاحظة الشعبية لاحظت منذ زمن طويل المقاومة التي تمارسها الأرض عندما تتكئ عليها. لقد طبق الناس دون وعي قانون رد الفعل قبل آلاف السنين من إعلان نيوتن عنه لأول مرة في كتابه الخالد، الأسس الرياضية للفلسفة الطبيعية (أي الفيزياء).

هل من الممكن التحرك دون دعم؟

عند المشي، ندفع بأقدامنا عن الأرض أو الأرض؛ لا يمكنك المشي على أرضية ناعمة جدًا أو على الجليد الذي لا تستطيع قدمك أن تدفع عنه. عند التحرك، يتم دفع القاطرة بعيدًا عن القضبان بواسطة عجلات "القيادة": إذا تم تشحيم القضبان بالزيت، فستبقى القاطرة في مكانها. في بعض الأحيان، حتى (في الظروف الجليدية) لتحريك القطار، يتم رش القضبان أمام عجلات القيادة للقاطرة بالرمل من جهاز خاص. عندما كانت العجلات والقضبان (في فجر السكك الحديدية) تُصنع باستخدام التروس، كان من المفترض أن العجلات يجب أن تدفع القضبان. يتم دفع القارب البخاري بعيدًا عن الماء بواسطة شفرات العجلة الجانبية أو المروحة. وتدفع الطائرة أيضًا بعيدًا عن الهواء باستخدام المروحة. باختصار، مهما كان الوسط الذي يتحرك فيه الجسم، فإنه يعتمد عليه أثناء حركته. ولكن هل يمكن للجسم أن يبدأ في الحركة دون أن يكون له أي دعم خارج نفسه؟

يبدو أن السعي للقيام بمثل هذه الحركة هو نفس محاولة رفع نفسه من شعره. كما هو معروف، فإن هذه المحاولة لم تكن ناجحة حتى الآن إلا لبارون مونشاوزن. وفي الوقت نفسه، فإن هذه الحركة التي تبدو مستحيلة بالتحديد هي التي تحدث غالبًا أمام أعيننا. صحيح أن الجسم لا يستطيع أن يحرك نفسه بالكامل بالقوى الداخلية وحدها، لكنه يستطيع أن يجبر جزءًا من مادته على التحرك في اتجاه واحد، والباقي في الاتجاه المعاكس. كم مرة رأيت صاروخًا يطير، لكن هل فكرت في السؤال: لماذا يطير؟ في الصاروخ لدينا مثال واضح على نوع الحركة التي تهمنا الآن.

لماذا ينطلق الصاروخ؟

حتى بين الأشخاص الذين درسوا الفيزياء، غالبًا ما يسمع المرء تفسيرًا خاطئًا تمامًا لرحلة الصاروخ: فهو يطير لأنه يتم صده من الهواء بواسطة الغازات التي تتشكل عندما يحترق البارود فيه. هذا ما كانوا يعتقدونه قديما (الصواريخ اختراع قديم). ومع ذلك، إذا قمت بإطلاق صاروخ في الفضاء الخالي من الهواء، فلن يكون طيرانه أسوأ، أو حتى أفضل، من الطيران في الهواء. السبب الحقيقي لحركة الصاروخ مختلف تماما. لقد ذكر ذلك ثائر مارس الأول كيبالتشيش بكل وضوح وبساطة في رسالة انتحاره حول آلة الطيران التي اخترعها. وكتب موضحا تصميم الصواريخ القتالية:

"في أسطوانة من الصفيح، مغلقة من إحدى قاعدتيها ومفتوحة من الأخرى، يتم إدخال أسطوانة من البارود المضغوط بإحكام، ولها فراغ على شكل قناة على طول محورها. يبدأ احتراق البارود من سطح هذه القناة وينتشر خلال فترة زمنية معينة إلى السطح الخارجي للبارود المضغوط؛ تنتج الغازات المتكونة أثناء الاحتراق ضغطًا في جميع الاتجاهات؛ لكن الضغوط الجانبية للغازات متوازنة بشكل متبادل، في حين أن الضغط الموجود في الجزء السفلي من القشرة القصديرية للبارود، غير المتوازن مع الضغط المعاكس (نظرًا لأن الغازات لها منفذ حر في هذا الاتجاه)، يدفع الصاروخ للأمام.

يحدث نفس الشيء هنا عندما يتم إطلاق مدفع: تطير القذيفة للأمام ويتم دفع المدفع نفسه للخلف. هل تتذكر "ارتداد" البندقية وكل شيء بشكل عام؟ الأسلحة النارية! إذا كان المدفع معلقًا في الهواء، غير مدعوم بأي شيء، فإنه بعد إطلاقه يتحرك إلى الخلف بسرعة معينة، وهي نفس المقدار سرعة أقلالمقذوف، كم مرة يكون المقذوف أخف من البندقية نفسها. في رواية الخيال العلمي لجول فيرن "رأسًا على عقب" قرر الأمريكيون استخدام قوة الارتداد لمدفع عملاق لتنفيذ مهمة عظيمة - "تصويب محور الأرض".

الصاروخ هو نفس المدفع، لكنه لا يطلق قذائف، بل غازات مسحوقة. لنفس السبب، يدور ما يسمى بـ "العجلة الصينية"، وهو ما قد يعجبك على الأرجح عند إعداد الألعاب النارية: عندما يحترق البارود في أنابيب متصلة بالعجلة، تتدفق الغازات في اتجاه واحد، وتتدفق الأنابيب نفسها (ومع لهم العجلة) الحصول على الحركة المعاكسة. في جوهرها، هذا مجرد تعديل لجهاز مادي معروف - عجلة Segner.

ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أنه قبل اختراع القارب البخاري كان هناك تصميم لسفينة ميكانيكية يعتمد على نفس البداية؛ كان من المفترض أن يتم إطلاق إمدادات المياه على السفينة باستخدام مضخة ضغط قوية في المؤخرة؛ ونتيجة لذلك، كان على السفينة أن تتحرك للأمام، مثل تلك العلب العائمة المتوفرة لإثبات المبدأ المعني في فصول الفيزياء المدرسية. ولم يتم تنفيذ هذا المشروع (الذي اقترحه ريمسي)، لكنه لعب دورًا معروفًا في اختراع القارب البخاري، حيث أعطى فولتون فكرته.

الشكل 7. أقدم محرك بخاري (توربين) منسوب إلى مالك الحزين السكندري (القرن الثاني قبل الميلاد).

الشكل 8. السيارة البخارية المنسوبة إلى نيوتن.

الشكل 9. لعبة باخرة مصنوعة من الورق وقشر البيض. الوقود عبارة عن كحول يُسكب في كشتبان. يؤدي البخار المتسرب من الفتحة الموجودة في "المرجل البخاري" (البيضة المنتفخة) إلى إبحار القارب البخاري في الاتجاه المعاكس.

نحن نعلم أيضًا أن المحرك البخاري الأقدم، الذي اخترعه هيرون الإسكندرية في القرن الثاني قبل الميلاد، تم تصميمه على نفس المبدأ: يتدفق البخار من المرجل (الشكل 7) عبر أنبوب إلى كرة مثبتة على محور أفقي ; ثم يتدفق البخار من الأنابيب المرفقية، ويدفع هذه الأنابيب في الاتجاه المعاكس، وتبدأ الكرة في الدوران. لسوء الحظ، ظلت توربينات هيرون البخارية في العصور القديمة مجرد لعبة غريبة، لأن رخص العمل بالسخرة لم يشجع أي شخص على ذلك الاستخدام العمليسيارات لكن التكنولوجيا لم تتخلى عن المبدأ نفسه: ففي عصرنا يتم استخدامه في بناء التوربينات النفاثة.

يُنسب إلى نيوتن، مؤلف قانون الفعل ورد الفعل، أحد أقدم التصميمات للسيارة البخارية، استنادًا إلى نفس المبدأ: يندفع البخار من غلاية موضوعة على عجلات في اتجاه واحد، والغلاية نفسها، بسبب للارتداد، يتدحرج في الاتجاه المعاكس (الشكل 8) .

تعتبر السيارات الصاروخية، التي نُشرت تجاربها على نطاق واسع في الصحف والمجلات عام 1928، بمثابة تعديل حديث لعربة نيوتن.

بالنسبة لأولئك الذين يحبون الصياغة، إليك رسم لقارب بخاري ورقي، مشابه جدًا أيضًا لعربة نيوتن: في غلاية بخارية، يتكون البخار من بيضة مفرغة، يتم تسخينها باستخدام الصوف القطني المنقوع بالكحول في كشتبان؛ يتسرب كتيار في اتجاه واحد، مما يجبر الباخرة بأكملها على التحرك في الاتجاه المعاكس. ومع ذلك، فإن بناء هذه اللعبة التعليمية يتطلب أيدي ماهرة للغاية.

كيف يتحرك الحبار؟

سيكون من الغريب بالنسبة لك أن تسمع أن هناك عددًا لا بأس به من الكائنات الحية التي تعتبر طريقة "رفع النفس من الشعر" الخيالية هي طريقتها المعتادة للتحرك في الماء.

الشكل 10. حركة السباحة للحبار.

الحبار وبشكل عام الأغلبية رأسيات الأرجليتحركون في الماء بهذه الطريقة: يأخذون الماء إلى تجويف الخياشيم من خلال فتحة جانبية وقمع خاص أمام الجسم، ثم يقومون بإلقاء تيار من الماء بقوة عبر القمع المذكور؛ في الوقت نفسه، وفقًا لقانون رد الفعل، يتلقون دفعة عكسية كافية للسباحة بسرعة كبيرة مع الجانب الخلفي من الجسم للأمام. ومع ذلك، يمكن للحبار أن يوجه أنبوب القمع إلى الجانب أو إلى الخلف، ويخرج الماء منه بسرعة، ويتحرك في أي اتجاه.

تعتمد حركة قنديل البحر على نفس الشيء: من خلال انقباض عضلاته، فإنه يدفع الماء إلى الخارج من تحت جسمه الذي يشبه الجرس، ويتلقى دفعة في الاتجاه المعاكس. يتم استخدام تقنية مماثلة عند التحرك بواسطة الأملاح ويرقات اليعسوب والحيوانات المائية الأخرى. ومازلنا نشك فيما إذا كان من الممكن التحرك بهذه الطريقة!

ما الذي يمكن أن يكون أكثر إغراءً من مغادرة الكرة الأرضية والسفر عبر الكون الفسيح، والطيران من الأرض إلى القمر، ومن كوكب إلى كوكب؟ كم عدد روايات الخيال العلمي التي كتبت حول هذا الموضوع! من لم يأخذنا في رحلة خيالية عبر الأجرام السماوية! فولتير في فيلم Micromegas، وجول فيرن في رحلة إلى القمر وهيكتور سيرفاداك، وويلز في فيلم The First Men on the Moon والعديد من مقلديهم قاموا بالرحلات الأكثر إثارة للاهتمام إلى الأجرام السماوية - بالطبع، في أحلامهم.

هل هناك حقًا طريقة لتحقيق هذا الحلم الذي طال أمده؟ هل كل المشاريع البارعة التي تم تصويرها بمثل هذه الشبه الواقعية المغرية في الروايات مستحيلة حقًا؟ في المستقبل، سنتحدث أكثر عن مشاريع رائعة للسفر بين الكواكب؛ الآن دعونا نتعرف على المشروع الحقيقي لمثل هذه الرحلات، التي اقترحها لأول مرة مواطننا K. E. Tsiolkovsky.

هل من الممكن السفر إلى القمر بالطائرة؟ بالطبع لا: فالطائرات والمناطيد لا تتحرك إلا لأنها تعتمد على الهواء وتنطلق منه، ولا يوجد هواء بين الأرض والقمر. في الفضاء العالمي، لا يوجد عمومًا وسط كثيف بدرجة كافية يمكن أن يعتمد عليه "المنطاد بين الكواكب". وهذا يعني أننا بحاجة إلى التوصل إلى جهاز قادر على التحرك والتحكم فيه دون الاعتماد على أي شيء.

نحن بالفعل على دراية بقذيفة مماثلة على شكل لعبة - صاروخ. لماذا لا نبني صاروخًا ضخمًا به غرفة خاصة للأشخاص والإمدادات الغذائية وخزانات الهواء وكل شيء آخر؟ تخيل أن الأشخاص في الصاروخ يحملون معهم كمية كبيرة من المواد القابلة للاشتعال؛ يمكنهم توجيه تدفق الغازات المتفجرة في أي اتجاه. سوف تتلقى سفينة سماوية حقيقية يمكن التحكم فيها حيث يمكنك الإبحار في محيط الفضاء الكوني، والطيران إلى القمر، إلى الكواكب... سيتمكن الركاب، من خلال التحكم في الانفجارات، من زيادة سرعة هذا المنطاد بين الكواكب مع التدرج اللازم حتى لا تكون الزيادة في السرعة مؤذية لهم. إذا كانوا يريدون النزول إلى كوكب ما، فيمكنهم، عن طريق تحويل سفينتهم، تقليل سرعة القذيفة تدريجيًا وبالتالي إضعاف السقوط. وأخيرا، سيتمكن الركاب من العودة إلى الأرض بنفس الطريقة.

الشكل 11. مشروع المنطاد بين الكواكب، المصمم على شكل صاروخ.

دعونا نتذكر كيف حقق الطيران مؤخرًا أول مكاسبه الخجولة. والآن تحلق الطائرات بالفعل عالياً في الهواء، وتحلق فوق الجبال والصحاري والقارات والمحيطات. ربما ستحظى "الملاحة الفضائية" بنفس الازدهار الرائع خلال عقدين أو ثلاثة عقود؟ عندها سوف يكسر الإنسان السلاسل غير المرئية التي قيدته إلى كوكبه الأصلي لفترة طويلة ويندفع إلى الفضاء اللامحدود للكون.

الفصل الثاني

قوة. وظيفة. احتكاك.

مشكلة البجعة وجراد البحر والبايك

قصة كيف "بدأت البجعة وجراد البحر والرمح في حمل حمولة من الأمتعة" معروفة للجميع. لكن بالكاد حاول أي شخص النظر في هذه الحكاية من وجهة نظر ميكانيكية. والنتيجة ليست مشابهة على الإطلاق لاستنتاج الخرافي كريلوف.

أمامنا مسألة ميكانيكية تتضمن إضافة عدة قوى تؤثر بزاوية مع بعضها البعض. يتم تعريف اتجاه القوى في الحكاية على النحو التالي:

... البجعة تندفع نحو السحاب،

يتحرك جراد البحر للخلف ويسحب الرمح إلى الماء.

وهذا يعني (الشكل 12) أن قوة واحدة، وهي قوة دفع البجعة، موجهة نحو الأعلى؛ الآخر، دفع رمح (OV)، - جانبية؛ ثالثا، التوجه السرطاني (CR)، - الظهر. دعونا لا ننسى أن هناك قوة رابعة - وزن العربة، والتي يتم توجيهها عموديًا إلى الأسفل. تنص الحكاية على أن "العربة لا تزال هناك"، بمعنى آخر، أن محصلة جميع القوى المطبقة على العربة تساوي صفرًا.

هو كذلك؟ دعنا نرى. البجعة المندفعة نحو السحب لا تتداخل مع عمل جراد البحر والكراكي ، بل وتساعدهما: فدفع البجعة الموجه ضد الجاذبية يقلل من احتكاك العجلات بالأرض وعلى المحاور ، وبالتالي يخفف وزنها. العربة، وربما حتى موازنتها بالكامل - لأن الحمولة صغيرة ("تبدو الأمتعة خفيفة بالنسبة لهم"). بافتراض الحالة الأخيرة للتبسيط، نرى أنه لم يتبق سوى قوتين: دفع جراد البحر ودفع الرمح. ويقال عن اتجاه هذه القوى أن "الجراد يتحرك للخلف، ويسحب الرمح إلى الماء". وغني عن القول أن الماء لم يكن أمام العربة، ولكن في مكان ما على الجانب (لم يكن عمال كريلوف يغرقون العربة!). وهذا يعني أن قوى جراد البحر والرمح موجهة بزاوية لبعضها البعض. إذا كانت القوى المؤثرة لا تقع على نفس الخط المستقيم، فإن محصلتها لا يمكن بأي حال من الأحوال أن تساوي الصفر.

الشكل 12. تم حل مشكلة بجعة كريلوف وجراد البحر والبايك وفقًا لقواعد الميكانيكا. يجب على الناتج (OD) سحب العربة إلى النهر.

وفقًا لقواعد الميكانيكا، نقوم ببناء متوازي الأضلاع على كلتا القوتين OB وOS؛ ويعطي القطر OD اتجاه وحجم النتيجة. ومن الواضح أن هذه القوة الناتجة لا بد أن تحرك العربة من مكانها، خاصة وأن وزنها متوازن كليا أو جزئيا بفعل دفع البجعة. سؤال آخر هو في أي اتجاه ستتحرك العربة: للأمام أم للخلف أم للجانب؟ ويعتمد ذلك على نسبة القوى وعلى حجم الزاوية بينهما.

القراء الذين لديهم بعض الممارسة في إضافة القوى وتوسيعها سوف يفهمون بسهولة الحالة عندما لا توازن قوة البجعة وزن العربة؛ سيكونون مقتنعين بأن العربة لا يمكن أن تظل بلا حراك حتى ذلك الحين. بشرط واحد فقط، لا يجوز للعربة أن تتحرك تحت تأثير هذه القوى الثلاث: إذا كان الاحتكاك عند محاورها وعلى سطح الطريق أكبر من القوى المطبقة. لكن هذا لا يتفق مع القول بأن «الأمتعة تبدو لهم خفيفة».

على أية حال، لم يتمكن كريلوف من التأكيد بثقة على أن "الأمور لا تزال تتحرك"، وأن "الأمور لا تزال موجودة". لكن هذا لا يغير معنى الحكاية.

على عكس كريلوف

لقد رأينا للتو أن قاعدة كريلوف اليومية: "عندما لا يكون هناك اتفاق بين الرفاق، فإن الأمور لن تسير على ما يرام بالنسبة لهم" لا تنطبق دائمًا في الميكانيكا. يمكن توجيه القوى في أكثر من اتجاه، ورغم ذلك تعطي نتيجة معينة.

قليل من الناس يعرفون أن العمال المجتهدين - النمل، الذين أشاد بهم نفس كريلوف باعتبارهم عمالًا مثاليين، يعملون معًا على وجه التحديد بالطريقة التي سخر منها الخرافي. والأمور تسير بشكل جيد بالنسبة لهم بشكل عام. يأتي قانون إضافة القوات للإنقاذ مرة أخرى. من خلال مراقبة النمل بعناية أثناء عمله، سترى قريبًا أن تعاونهم الذكي واضح فقط: في الواقع، كل نملة تعمل لنفسها، حتى دون التفكير في مساعدة الآخرين.

وإليك كيف يصف أحد علماء الحيوان عمل النمل:

"لو صيد كبيريسحب عشرات النمل عبر أرض مستوية، ثم يتصرف الجميع بنفس الطريقة، ويتم الحصول على مظهر التعاون. لكن الفريسة - على سبيل المثال، كاتربيلر - وقعت على بعض العوائق، على جذع العشب، على حصاة. لا يمكنك سحبه للأمام أكثر، عليك الالتفاف حوله. وهنا يتبين بوضوح أن كل نملة، بطريقتها الخاصة ودون التوافق مع أي من رفاقها، تحاول التغلب على العقبة (الشكل 13 و14). أحدهما يسحب إلى اليمين، والآخر إلى اليسار؛ أحدهما يدفع للأمام والآخر يتراجع. ينتقلون من مكان إلى آخر، ويمسكون بالمسار في مكان آخر، وكل منهم يدفع أو يسحب بطريقته الخاصة. عندما يحدث أن تتشكل قوى العمال بحيث تقوم أربع نملات بتحريك اليرقات في اتجاه واحد، وستة نملات في الاتجاه الآخر، فإن اليرقة تتحرك في النهاية بدقة في اتجاه هؤلاء النمل الستة، على الرغم من معارضة أربع نملات ".

دعونا نعطي (مستعارة من باحث آخر) مثالاً مفيدًا آخر يوضح بوضوح هذا التعاون الخيالي بين النمل. في التين. يوضح الشكل 15 قطعة جبن مستطيلة أمسكت بها 25 نملة. تحرك الجبن ببطء في الاتجاه الذي يشير إليه السهم A، وقد يظن المرء أن الخط الأمامي للنمل كان يسحب الحمولة نحو نفسه، والخط الخلفي يدفعها للأمام، بينما كان النمل الجانبي يساعدهما معًا. ومع ذلك، هذا ليس هو الحال، لأنه من السهل التحقق: استخدم سكينًا لفصل الصف الخلفي بأكمله - سوف يزحف العبء بشكل أسرع بكثير! من الواضح أن هؤلاء النمل الأحد عشر كانوا يسحبون إلى الخلف، وليس إلى الأمام: حاول كل منهم تحويل العبء بحيث يسحبونه نحو العش، عند التراجع. وهذا يعني أن النمل الخلفي لم يساعد النمل الأمامي فحسب، بل تدخل معهم بجد، مما أدى إلى تدمير جهودهم. لسحب قطعة الجبن هذه، ستكون جهود أربعة نمل فقط كافية، لكن عدم الاتساق في الإجراءات يؤدي إلى حقيقة أن 25 نملة تسحب الحمولة.

الشكل 13. كيف يسحب النمل اليرقة.

الشكل 14. كيف يسحب النمل الفريسة. تظهر الأسهم اتجاهات جهد النمل الفردي.

الشكل 15. كيف يحاول النمل سحب قطعة من الجبن إلى عش النمل الموجود في اتجاه السهم A.

هذه الميزة للعمل المشترك للنمل لاحظها مارك توين منذ فترة طويلة. ويتحدث عن لقاء بين نملتين وجدت إحداهما ساق جندب، فيقول: “يأخذان الساق من طرفيها ويسحبان بكل قوتهما في اتجاهين متعاكسين. كلاهما يرى أن هناك شيئًا خاطئًا، لكن لا يستطيع فهم ما هو. تبدأ المشاحنات المتبادلة. ويتحول الجدال إلى قتال... وتحدث المصالحة، ويبدأ العمل المشترك الذي لا معنى له من جديد، ولا يكون الرفيق المصاب في القتال سوى عائق. يحاول الرفيق السليم بكل قوته أن يسحب العبء، ومعه الصديق الجريح، الذي بدلاً من الاستسلام للفريسة، يعلق عليه. ومن باب المزاح، يقدم توين ملاحظة صحيحة تمامًا مفادها أن "النملة تعمل بشكل جيد فقط عندما يراقبها عالم طبيعة عديم الخبرة ويستخلص استنتاجات خاطئة".

هل من السهل كسر قشر البيض؟

ضمن أسئلة فلسفية، التي أزعج فيها كيفا موكيفيتش المدروس من "Dead Souls" عقله الحكيم، كانت هناك هذه المشكلة: "حسنًا، إذا ولد فيل في بيضة، لأن القشرة، الشاي، ستكون سميكة جدًا، لا يمكنك ضربها" بمدفع؛ نحن بحاجة إلى اختراع بعض الأسلحة النارية الجديدة."

ربما كان فيلسوف غوغول سيندهش تمامًا لو علم أن قشر البيض العادي، على الرغم من رقته، ليس أيضًا شيئًا حساسًا. ليس من السهل سحق بيضة بين راحتي يديك، والضغط على أطرافها؛ يتطلب كسر القشرة في مثل هذه الظروف الكثير من الجهد.

تعتمد هذه القوة غير العادية لقشرة البيض فقط على شكلها المحدب ويتم تفسيرها بنفس طريقة تفسير قوة جميع أنواع الأقبية والأقواس.

في الشكل المرفق 17 يُظهر قبوًا حجريًا صغيرًا فوق النافذة. الحمل S (أي وزن الأجزاء العلوية من البناء)، الذي يضغط على الحجر الأوسط على شكل إسفين للقوس، يضغط لأسفل بقوة، وهو ما يشار إليه في الشكل بالسهم A. لكن الحجر لا يمكنه التحرك إلى الأسفل بسبب شكله الإسفيني؛ فهو يضغط فقط على الحجارة المجاورة. في هذه الحالة، تتحلل القوة A وفقًا لقاعدة متوازي الأضلاع إلى قوتين، يُشار إليهما بالسهمين C وB؛ فهي متوازنة بمقاومة الحجارة المجاورة، والتي بدورها تقع بين الحجارة المجاورة. وبالتالي فإن القوة التي تضغط على القبو من الخارج لا يمكنها تدميره. ولكن من السهل نسبيًا تدميرها بالقوة التي تعمل من الداخل. وهذا خطأ، حيث أن شكل الحجارة الإسفيني الذي يمنعها من السقوط لا يمنعها على الإطلاق من الارتفاع.

الشكل 16. يتطلب كسر البيضة في هذا الوضع قوة كبيرة.

الشكل 17. سبب قوة القوس.

قشرة البيضة هي نفس القبو، ولكنها صلبة فقط. وعندما تتعرض للضغط الخارجي، فإنها لا تتحلل بالسهولة التي يتوقعها المرء من مثل هذه المادة الهشة. يمكنك وضع طاولة ثقيلة إلى حد ما بأرجل على أربع بيضات نيئة - ولن يتم سحقها (للاستقرار، تحتاج إلى تجهيز البيض بتمديدات من الجبس في الأطراف؛ ويلتصق الجص بسهولة بقشرة الجير).

الآن أنت تفهم لماذا لا داعي للقلق بشأن كسر قشر بيضها بسبب وزن جسمها. وفي نفس الوقت فإن الفرخ الضعيف الذي يريد الخروج من السجن الطبيعي يكسر القشرة بسهولة من الداخل بمنقاره.

من السهل كسر قشرة البيضة بضربة جانبية بملعقة صغيرة، وليس لدينا أي فكرة عن مدى قوتها عندما يؤثر الضغط عليها في الظروف الطبيعية، وما هي الطبيعة المدرعة الموثوقة التي تحمي الكائن الحي الذي ينمو فيه.

القوة الغامضة للمصابيح الكهربائية، التي تبدو حساسة وهشة للغاية، يتم تفسيرها بنفس طريقة تفسير قوة قشر البيض. ستصبح قوتها أكثر روعة إذا تذكرنا أن الكثير منها (مجوفة وليست مملوءة بالغاز) تكاد تكون فارغة تمامًا ولا يوجد شيء من الداخل يقاوم ضغط الهواء الخارجي. وكمية ضغط الهواء الموجودة على المصباح الكهربائي كبيرة: بقطر 10 سم، يتم ضغط المصباح الكهربائي من الجانبين بقوة تزيد عن 75 كجم (وزن الشخص). تظهر التجربة أن المصباح الكهربائي المجوف يمكنه تحمل ضغط يصل إلى 2.5 مرة.

الإبحار ضد الريح

من الصعب أن نتخيل كيف يمكن للسفن الشراعية أن تسير "ضد الريح" - أو، كما يقول البحارة، أن تسير "على مسافات قريبة". صحيح أن البحار سيخبرك أنه لا يمكنك الإبحار مباشرة عكس الريح، لكن يمكنك التحرك للأسفل فقط زاوية حادةإلى اتجاه الريح . لكن هذه الزاوية صغيرة - حوالي ربع الزاوية القائمة - وربما يبدو الأمر غير مفهوم أيضًا: هل يجب الإبحار مباشرة ضد الريح أو بزاوية 22 درجة معها.

لكن في الواقع، هذا ليس غير مبالٍ، وسنشرح الآن كيف يمكن التحرك نحوه بزاوية طفيفة بقوة الريح. أولاً، دعونا نفكر في كيفية تأثير الرياح بشكل عام على الشراع، أي أين تدفع الشراع عندما تهب عليه. ربما تعتقد أن الريح تدفع الشراع دائمًا في الاتجاه الذي تهب فيه. لكن الأمر ليس كذلك: حيثما تهب الرياح، فإنها تدفع الشراع بشكل عمودي على مستوى الشراع. في الواقع: دع الريح تهب في الاتجاه الذي تشير إليه الأسهم في الشكل. 18؛ الخط AB يمثل الشراع. وبما أن الرياح تضغط بالتساوي على كامل سطح الشراع، فإننا نستبدل ضغط الرياح بقوة R مطبقة على منتصف الشراع. سنقوم بتقسيم هذه القوة إلى قسمين: القوة Q، المتعامدة مع الشراع، والقوة P، الموجهة على طوله (الشكل 18، على اليمين). القوة الأخيرة لا تدفع الشراع إلى أي مكان، لأن احتكاك الريح على القماش غير مهم. تبقى القوة Q، التي تدفع الشراع بزاوية قائمة عليه.

بمعرفة ذلك، يمكننا أن نفهم بسهولة كيف يمكن للسفينة الشراعية أن تبحر بزاوية حادة تجاه الريح. دع الخط KK (الشكل 19) يمثل خط عارضة السفينة. تهب الرياح بزاوية حادة على هذا الخط في الاتجاه المشار إليه بسلسلة من الأسهم. يمثل الخط AB شراعًا؛ توضع بحيث ينصف مستواها الزاوية بين اتجاه العارضة واتجاه الريح. تتبع في الشكل. 19ـ لتفكك القوات. نحن نمثل ضغط الرياح على الشراع بالقوة Q، والتي نعلم أنها يجب أن تكون متعامدة مع الشراع. دعونا نقسم هذه القوة إلى قسمين: القوة R، المتعامدة مع العارضة، والقوة S، الموجهة للأمام على طول خط العارضة للسفينة. نظرًا لأن حركة السفينة في الاتجاه R تواجه مقاومة قوية من الماء (العارضة في السفن الشراعية عميقة جدًا)، فإن القوة R تكاد تكون متوازنة تمامًا مع مقاومة الماء. لم يتبق سوى قوة واحدة S، والتي، كما ترون، موجهة للأمام، وبالتالي تحرك السفينة بزاوية، كما لو كانت في اتجاه الريح. وعادة ما يتم تنفيذ هذه الحركة بشكل متعرج، كما هو مبين في الشكل. 20. في لغة البحارة، تسمى حركة السفينة هذه "التعامل" بالمعنى الدقيق للكلمة.

الشكل 18. تدفع الرياح الشراع دائمًا بزاوية قائمة على مستواه.

الشكل 19. كيف تبحر ضد الريح.

الشكل 20. معالجة سفينة شراعية.

هل يستطيع أرخميدس رفع الأرض؟

"أعطني موطئ قدم وسأرفع الأرض!" - تنسب الأسطورة هذا التعجب إلى أرخميدس، الميكانيكي العبقري في العصور القديمة، الذي اكتشف قوانين الرافعة.

الشكل 21. "أرخميدس يرفع الأرض برافعة". نقش من كتاب فارينون (1787) عن الميكانيكا.

"بمجرد أن كتب أرخميدس،" كما نقرأ من بلوتارخ، إلى الملك هيرون ملك سيراكيوز، الذي كان قريبًا وصديقًا له، أنه بهذه القوة يمكن للمرء نقل أي حمولة. وأضاف، متأثراً بقوة الأدلة، أنه لو كانت هناك أرض أخرى لكان قد نقل أرضنا بالانتقال إليها.

عرف أرخميدس أنه لا يوجد حمل لا يمكن رفعه بأضعف قوة إذا استخدمت رافعة: كل ما عليك فعله هو تطبيق هذه القوة على ذراع طويلة جدًا من الرافعة، وإجبار الذراع القصيرة على التأثير على الحمل. ولهذا السبب اعتقد أنه من خلال الضغط على ذراع الرافعة الطويلة للغاية، يمكنه أيضًا رفع حمولة بقوة يديه، والتي تساوي كتلتها كتلة الكرة الأرضية.

ولكن لو كان الميكانيكي العظيم في العصور القديمة يعرف مدى ضخامة كتلة الكرة الأرضية، لكان من المحتمل أن يمتنع عن تعجبه الفخور. دعونا نتخيل للحظة أن أرخميدس أُعطي تلك "الأرض الأخرى"، نقطة الدعم تلك التي كان يبحث عنها؛ دعونا نتخيل أيضًا أنه صنع رافعة بالطول المطلوب. هل تعرف كم من الوقت سيستغرقه لرفع حمولة تساوي كتلة الكرة الأرضية بمقدار سنتيمتر واحد على الأقل؟ ما لا يقل عن ثلاثين ألف مليار سنة!

بالفعل. كتلة الأرض معروفة لدى علماء الفلك؛ جسم بهذه الكتلة يزن حوالي 6,000,000,000,000,000,000,000 طن على الأرض.

إذا كان بإمكان الشخص رفع 60 كجم فقط بشكل مباشر، فمن أجل "رفع الأرض"، سيحتاج إلى وضع يديه على الذراع الطويلة للرافعة، وهي أكبر بمقدار 100.000.000.000.000.000.000.000 مرة من الذراع القصيرة!

عملية حسابية بسيطة ستقنعك أنه في حين أن نهاية الذراع القصيرة ترتفع بمقدار 1 سم، فإن الطرف الآخر سيصف قوسًا ضخمًا يبلغ طوله 1000.000.000.000.000.000 كيلومتر في الكون.

مثل هذه المسافة الطويلة التي لا يمكن تصورها يجب أن تقطعها يد أرخميدس، وتضغط على الرافعة، من أجل "رفع الأرض" بمقدار سنتيمتر واحد فقط! كم من الوقت سيستغرق هذا؟ فإذا افترضنا أن أرخميدس كان قادرًا على رفع حمولة قدرها 60 كجم إلى ارتفاع 1 متر في ثانية واحدة (كفاءة تعادل تقريبًا قوة حصان!) فحتى في هذه الحالة سوف يستغرق الأمر 1000,000,000,000,000,000,000 ثانية، أو ثلاثين ألف مليار سنة، "لرفع الأرض" بمقدار 1 سم! طوال حياته الطويلة، لم يكن أرخميدس، وهو يضغط على الرافعة، ليرفع الأرض حتى بسمك أنحف شعرة...

لم تكن حيل المخترع العبقري ستساعده على تقصير هذه الفترة بشكل ملحوظ. تنص "القاعدة الذهبية للميكانيكا" على أنه على أي آلة، فإن الزيادة في القوة تكون مصحوبة حتمًا بخسارة مقابلة في طول الحركة، أي في الوقت المناسب. حتى لو رفع أرخميدس سرعة يده إلى أقصى سرعة ممكنة في الطبيعة - ما يصل إلى 300000 كيلومتر في الثانية (سرعة الضوء)، فحتى مع هذا الافتراض الرائع لكان قد "رفع الأرض" بمقدار 1 سم فقط بعد عشرة ملايين سنة من العمل.

الرجل القوي لجول فيرنوف وصيغة أويلر

هل تتذكر ماتيفو، الرجل الرياضي القوي لجول فيرن؟ "رأس رائع، يتناسب مع الارتفاع العملاق؛ الصدر مثل منفاخ الحداد. أرجل - مثل جذوع الأشجار الجيدة، وأذرع - بقع رفع حقيقية، بقبضات مثل المطارق..." ربما، من مآثر هذا الرجل القوي الموصوف في رواية "ماتياس سابدورف"، تتذكر الحادثة المذهلة مع السفينة "ترابوكولو"، عندما عملاقنا بأيدي القوة الجبارة أخر نزول السفينة بأكملها.

وإليك كيف يتحدث الروائي عن هذا العمل الفذ:

"السفينة، التي تم تحريرها بالفعل من الدعامات التي تدعمها على الجانبين، كانت جاهزة للانطلاق. كان يكفي إزالة المراسي حتى تبدأ السفينة في الانزلاق. كان هناك بالفعل ستة نجارين يعملون تحت عارضة السفينة. تابع المتفرجون العملية بفضول حيوي. في تلك اللحظة، ظهر يخت ترفيهي، يدور حول الحافة الساحلية. لدخول الميناء، كان على اليخت أن يمر أمام حوض بناء السفن حيث يتم إعداد إطلاق Trabocolo، وبمجرد أن أعطت الإشارة، كان من الضروري، لتجنب أي حوادث، تأخير الإطلاق من أجل العودة إلى العمل بعد دخول اليخت القناة. إذا اصطدمت السفينتان - إحداهما واقفة والأخرى تتحرك بسرعة كبيرة - لكان اليخت قد هلك.

توقف العمال عن الطرق. كانت كل العيون مثبتة على السفينة الرشيقة، التي بدت أشرعتها البيضاء مذهبة تحت أشعة الشمس المائلة. سرعان ما وجد اليخت نفسه مقابل حوض بناء السفن، حيث تجمد حشد من الآلاف من الأشخاص الفضوليين. وفجأة سُمعت صرخة رعب: تمايل الترابوكولو وبدأ في التحرك في نفس اللحظة التي تحول فيها اليخت إلى اليمين نحوه! كانت كلتا السفينتين جاهزتين للاصطدام. ولم يكن هناك وقت ولا فرصة لمنع هذا الاشتباك. انزلق Trabocolo بسرعة إلى أسفل المنحدر... اندلع دخان أبيض ، والذي ظهر نتيجة الاحتكاك ، أمام مقدمة القوس ، بينما كان المؤخرة يغرق بالفعل في مياه الخليج (كانت السفينة تنزل المؤخرة أولاً - يا. ص).

وفجأة ظهر رجل، وأمسك بخط الإرساء المعلق في مقدمة الترابوكولو، وحاول الإمساك به، منحنيًا على الأرض. في دقيقة واحدة، يقوم بلف المراسي حول أنبوب حديدي مثبت في الأرض، وتحت خطر السحق، يمسك الحبل بين يديه بقوة خارقة لمدة 10 ثوانٍ. وأخيراً انكسرت المراسي. لكن هذه الثواني العشر كانت كافية: غرقت Trabocolo في الماء ولمست اليخت إلا قليلاً واندفعت إلى الأمام.

تم إنقاذ اليخت. أما بالنسبة للشخص الذي لم يكن لدى أحد الوقت الكافي لإنقاذه – كل شيء حدث بسرعة كبيرة وبشكل غير متوقع – فهو ماتيفو”.

يعلمنا علم الميكانيكا أنه عندما ينزلق حبل ملفوف حول حاجز، فإن قوة الاحتكاك تصل إلى قيمة كبيرة. كيف عدد أكبردورات الحبل، كلما زاد الاحتكاك؛ إن قاعدة الاحتكاك المتزايد هي أنه مع زيادة عدد الثورات في التقدم الحسابي، يزداد الاحتكاك في التقدم الهندسي. لذلك، حتى الطفل الضعيف، الذي يمسك الطرف الحر لحبل ملفوف 3-4 مرات على عمود ثابت، يمكنه موازنة القوة الهائلة.

على أرصفة السفن البخارية النهرية، يستخدم المراهقون هذه التقنية لإيقاف السفن البخارية مع اقتراب مئات الركاب من الأرصفة. ليست قوة أيديهم الهائلة هي التي تساعدهم، بل احتكاك الحبل بالكومة.

أثبت عالم الرياضيات الشهير أويلر في القرن الثامن عشر اعتماد قوة الاحتكاك على عدد لفات الحبل حول الكومة. بالنسبة لأولئك الذين لا تخيفهم اللغة الموجزة للتعبيرات الجبرية، نقدم صيغة أويلر المفيدة هذه:

هنا F هي القوة التي يتم توجيه جهودنا ضدها. الحرف e يشير إلى الرقم 2.718... (أساس اللوغاريتمات الطبيعية)، k هو معامل الاحتكاك بين الحبل والحامل. يشير الحرف "a" إلى "زاوية اللف"، أي نسبة طول القوس الذي يغطيه الحبل إلى نصف قطر هذا القوس.

دعونا نطبق الصيغة على الحالة التي وصفها جول فيرن. ستكون النتيجة مذهلة. القوة F في هذه الحالة هي قوة جر السفينة التي تنزلق على طول الرصيف. ووزن السفينة من الرواية معروف: 50 طناً. دع ميل الممر يكون 0.1؛ إذن لم يكن وزن السفينة الكامل هو الذي يؤثر على الحبل، بل 0.1 منه، أي 5 أطنان، أو 5000 كجم.

استبدال كل هذه القيم في صيغة أويلر أعلاه يعطي المعادلة

يمكن تحديد f المجهول (أي مقدار القوة المطلوبة) من هذه المعادلة باستخدام اللوغاريتمات:

Lg 5000 = lg f + 2n lg 2.72، حيث f = 9.3 كجم.

لذا، لإنجاز هذا العمل الفذ، لم يكن على العملاق سوى سحب الحبل بقوة 10 كيلوغرامات فقط!

لا تعتقد أن هذا الرقم - 10 كجم - هو رقم نظري فقط وأنه في الواقع سيتطلب الأمر المزيد من الجهد. على العكس من ذلك، فإن نتيجتنا مبالغ فيها: فمع حبل من القنب وكومة خشبية، عندما يكون معامل الاحتكاك k أكبر، تكون القوة المطلوبة ضئيلة إلى حد يبعث على السخرية. إذا كان الحبل قويًا بدرجة كافية ويمكنه تحمل التوتر، فيمكن حتى للطفل الضعيف، بعد أن جرح الحبل 3-4 مرات، ألا يكرر عمل بطل جول فيرن فحسب، بل يتفوق عليه أيضًا.

ما الذي يحدد قوة العقد؟

في الحياة اليومية، دون أن نعرف ذلك، غالبًا ما نستفيد من الفوائد التي تشير إليها صيغة أويلر. ما هي العقدة إن لم تكن خيطًا ملفوفًا حول الأسطوانة، والذي يلعب دوره في هذه الحالة جزء آخر من نفس الخيط؟ قوة أي نوع من العقد - العادية، "شرفة المراقبة"، "البحر"، العلاقات، الأقواس، وما إلى ذلك - تعتمد فقط على الاحتكاك، والذي يتم تعزيزه بشكل كبير هنا بسبب حقيقة أن الدانتيل يلتف حول نفسه، مثل الحبل حوله مجلس الوزراء. من السهل التحقق من ذلك من خلال اتباع ثنيات الدانتيل في العقدة. كلما زاد عدد الانحناءات، كلما زاد عدد مرات التفاف الخيوط حول نفسها، زادت "زاوية اللف"، وبالتالي أصبحت العقدة أقوى.

ويستغل الخياط دون وعي نفس الظرف عند الخياطة على الزر. يقوم بلف الخيط عدة مرات حول مساحة المادة التي التقطتها الغرزة ثم يقوم بكسرها؛ إذا كان الخيط قويًا فقط، فلن ينفصل الزر. هنا يتم تطبيق القاعدة المألوفة لدينا بالفعل: مع زيادة عدد الخيوط في التقدم الحسابي، تزداد قوة الخياطة في التقدم الهندسي.

إذا لم يكن هناك احتكاك، فلن نتمكن من استخدام الأزرار: سوف تتفكك الخيوط تحت ثقلها وستسقط الأزرار.

إذا لم يكن هناك احتكاك

ترى كيف يتجلى الاحتكاك بطرق مختلفة وغير متوقعة في بعض الأحيان في بيئتنا. ويشارك الاحتكاك، وهو أمر مهم جدًا في ذلك، حيث لا نشك في حدوثه. إذا اختفى الاحتكاك فجأة من العالم، فإن العديد من الظواهر العادية ستسير بطريقة مختلفة تمامًا.

يكتب الفيزيائي الفرنسي غيوم بشكل ملون للغاية عن دور الاحتكاك:

"لقد اضطررنا جميعًا إلى الخروج في ظروف جليدية: كم من الجهد بذلناه لمنع أنفسنا من السقوط، وكم من الحركات المضحكة التي كان علينا القيام بها من أجل الوقوف! وهذا يجبرنا على إدراك أن الأرض التي نسير عليها عادةً ما تكون لها صفة ثمينة تجعلنا متوازنين بدونها جهد خاص. نفس الفكرة تخطر على بالنا عندما نركب دراجة هوائية على رصيف زلق أو عندما ينزلق حصان على الأسفلت ويسقط. ومن خلال دراسة مثل هذه الظواهر نصل إلى اكتشاف النتائج التي يؤدي إليها الاحتكاك. يسعى المهندسون إلى التخلص منه في السيارات قدر الإمكان - ويقومون بعمل جيد. في الميكانيكا التطبيقية، يتم الحديث عن الاحتكاك كظاهرة غير مرغوب فيها للغاية، وهذا صحيح، ولكن فقط في منطقة خاصة ضيقة. وفي جميع الحالات الأخرى، يجب أن نكون ممتنين للاحتكاك: فهو يمنحنا الفرصة للمشي والجلوس والعمل دون خوف من سقوط الكتب والمحبرة على الأرض، أو انزلاق الطاولة حتى تصطدم بالزاوية، أو انزلاق القلم من أيدينا. أصابع.

يعد الاحتكاك ظاهرة شائعة لدرجة أنه، مع استثناءات نادرة، لا يتعين علينا طلب المساعدة منه: فهو يأتي إلينا من تلقاء نفسه.

الاحتكاك يعزز الاستقرار. يقوم النجارون بتسوية الأرضية بحيث تظل الطاولات والكراسي في مكانها. تظل الأطباق والأطباق والأكواب الموضوعة على الطاولة بلا حراك دون أي مخاوف خاصة من جانبنا، إلا إذا حدث ذلك على متن السفينة أثناء التأرجح.

دعونا نتخيل أنه يمكن القضاء على الاحتكاك تماما. عندها لن تتمكن أي أجسام، سواء كانت بحجم صخرة أو صغيرة مثل حبات الرمل، من الارتكاز على بعضها البعض: كل شيء سوف ينزلق ويتدحرج حتى ينتهي إلى نفس المستوى. ولو لم يكن هناك احتكاك لكانت الأرض كروية بلا انتظام، كالسائل».

ويمكننا أن نضيف إلى هذا أنه في غياب الاحتكاك، ستنزلق المسامير والمسامير من الجدران، ولا يمكن الإمساك بأي شيء في اليدين، ولن تتوقف زوبعة أبدًا، ولن يتوقف أي صوت، بل سيتردد صدى إلى ما لا نهاية. باستمرار، على سبيل المثال، من جدران الغرفة.

إن الدرس العملي الذي يقنعنا بالأهمية الهائلة للاحتكاك يقدمه لنا الجليد الأسود في كل مرة. عندما قبضت عليها في الشارع، نجد أنفسنا عاجزين ومعرضين دائمًا لخطر السقوط. فيما يلي مقتطف مفيد من الصحيفة (ديسمبر 1927):

"لندن 21. بسبب الجليد الكثيف، أصبحت حركة المرور في الشوارع والترام في لندن صعبة بشكل ملحوظ. تم إدخال حوالي 1400 شخص إلى المستشفيات مصابين بكسور في الذراعين والساقين وما إلى ذلك.

الشكل 22. أعلاه - مزلجة محملة على طريق جليدي؛ حصانان يحملان 70 طنًا من البضائع. يوجد أدناه طريق جليدي. مسار؛ ب - الانزلاق. ج - الثلج المضغوط. د - القاعدة الترابية للطريق .

«في حادث تصادم قرب الهايد بارك بين ثلاث سيارات وعربتي ترام، دمرت السيارتين بالكامل بسبب انفجار مادة البنزين...»

"باريس 21. الجليد في باريس وضواحيها تسبب في العديد من الحوادث..."

ومع ذلك، يمكن استغلال الاحتكاك الضئيل على الجليد بنجاح من الناحية التقنية. بالفعل الزلاجات العادية هي مثال على ذلك. ويتجلى ذلك بشكل أفضل في ما يسمى بالطرق الجليدية، والتي تم ترتيبها لنقل الأخشاب من موقع القطع إلى السكك الحديدية أو إلى نقاط التجديف. على مثل هذا الطريق (الشكل 22)، الذي يحتوي على قضبان جليدية ناعمة، يسحب حصانان مزلقة محملة بـ 70 طنًا من جذوع الأشجار.

السبب المادي لكارثة تشيليوسكين

مما قيل الآن، لا ينبغي للمرء أن يتسرع في استنتاج أن الاحتكاك على الجليد لا يكاد يذكر في جميع الظروف. حتى في درجات الحرارة القريبة من الصفر، غالبًا ما يكون الاحتكاك بالجليد كبيرًا جدًا. فيما يتعلق بعمل كاسحات الجليد، تمت دراسة احتكاك جليد البحار القطبية على الطلاء الفولاذي للسفينة بعناية. وتبين أنها كانت كبيرة بشكل غير متوقع، ولا تقل عن احتكاك الحديد بالحديد: معامل احتكاك السفينة الفولاذية الجديدة التي تصفيح الجليد على الجليد هو 0.2.

لفهم أهمية هذا الرقم بالنسبة للسفن عند الإبحار في الجليد، دعونا ننظر إلى الشكل. 23؛ وهو يصور اتجاه القوى المؤثرة على الجانب MN من السفينة تحت ضغط الجليد. تتحلل قوة ضغط الجليد P إلى قوتين: R، المتعامدة مع اللوحة، و F، الموجهة بشكل عرضي للوحة. الزاوية بين P و R تساوي الزاوية a لميل الجانب إلى العمودي. قوة الاحتكاك Q للجليد على الجانب تساوي القوة R مضروبة في معامل الاحتكاك، أي بمقدار 0.2؛ لدينا: س = 0.2R. إذا كانت قوة الاحتكاك Q أقل من F، فإن القوة الأخيرة تسحب الجليد الدافع تحت الماء؛ ينزلق الجليد على طول الجانب دون أن يكون لديه وقت لإلحاق الضرر بالسفينة. إذا كانت القوة Q أكبر من F، فإن الاحتكاك يتداخل مع انزلاق الجليد الطافي، ويمكن للجليد، مع الضغط لفترة طويلة، أن يسحق ويندفع عبر الجانب.

الشكل 23. "تشيليوسكين" ضائع في الجليد. الأسفل: القوى المؤثرة على جانب السفينة MN تحت ضغط الجليد.

متى يكون السؤال "F"؟ من السهل رؤية ذلك

لذلك يجب أن يكون هناك عدم مساواة:

وبما أن Q = 0.2R فإن المتباينة Q «F تؤدي إلى أخرى:

0.2R "R tg a، أو tg a" 0.2.

باستخدام الجداول، نجد الزاوية التي ظل ظلها 0.2؛ وهي تساوي 11°. وهذا يعني أن Q "F عندما تكون a" تساوي 11°. وهذا يحدد ميل جوانب السفينة إلى الوضع الرأسي الذي يضمن الملاحة الآمنة في الجليد: يجب أن يكون الميل 11 درجة على الأقل.

دعونا ننتقل الآن إلى وفاة "تشيليوسكين". نجحت هذه السفينة البخارية، وليست كاسحة جليد، في الإبحار عبر طريق البحر الشمالي بأكمله، لكنها وجدت نفسها محاصرة في الجليد في مضيق بيرينغ.

حمل الجليد تشيليوسكين بعيدًا إلى الشمال وسحقه (في فبراير 1934). إن الإقامة البطولية لسكان تشيليوسكين على الجليد الطافي لمدة شهرين وإنقاذهم من قبل الطيارين الأبطال محفوظة في ذاكرة الكثيرين. وفيما يلي وصف للكارثة نفسها:

وقال رئيس البعثة أو. يو شميدت عبر الراديو: "إن المعدن القوي للبدن لم يستسلم على الفور". "يمكنك أن ترى كيف تم ضغط طوف الجليد على الجانب وكيف كانت صفائح الطلاء فوقه تنتفخ وتنحني إلى الخارج. واصل الجليد تقدمه البطيء ولكن الذي لا يقاوم. تمزقت الصفائح الحديدية المنتفخة لتغليف الهيكل على طول اللحامات. طارت المسامير مع تحطم الطائرة. وفي لحظة، تمزق الجانب الأيسر من السفينة البخارية من مقدمة السفينة إلى الطرف الخلفي من سطح السفينة..."

وبعد ما قيل في هذا المقال، ينبغي للقارئ أن يفهم السبب المادي للكارثة.

ويترتب على ذلك عواقب عملية: عند بناء السفن المخصصة للملاحة في الجليد، من الضروري إعطاء الجانبين ميلهما الصحيح، أي 11 درجة على الأقل.

عصا التوازن الذاتي

ضع عصا ناعمة على إصبعي السبابة بيديك الممدودتين، كما هو موضح في الشكل. 24. الآن حرك أصابعك تجاه بعضها البعض حتى تلتصق ببعضها البعض بإحكام. شيء غريب! اتضح أنه في هذا الوضع النهائي، لا تنقلب العصا، ولكنها تحافظ على توازنها. يمكنك إجراء التجربة عدة مرات، وتغيير الموضع الأولي لأصابعك، ولكن النتيجة هي نفسها دائمًا: العصا متوازنة. إذا استبدلت العصا بمسطرة رسم، أو عصا بمقبض، أو عصا بلياردو، أو فرشاة أرضية، ستلاحظ نفس الميزة. ما هو الحل للنهاية غير المتوقعة؟ بداية، ما يلي واضح: بما أن العصا متوازنة على الأصابع المتصلة، فمن الواضح أن الأصابع قد تقاربت تحت مركز ثقل العصا (يظل الجسم في حالة توازن إذا تم رسم خط راسيا من المركز الجاذبية تمر داخل حدود الدعم).

عندما تكون الأصابع متباعدة، يقع الحمل الأكبر على الإصبع الأقرب إلى مركز ثقل العصا. ومع زيادة الضغط، يزداد الاحتكاك أيضًا: فالإصبع الأقرب إلى مركز الجاذبية يتعرض لاحتكاك أكبر من الإصبع البعيد. ولذلك، فإن الإصبع القريب من مركز الثقل لا ينزلق تحت العصا؛ فقط الإصبع الأبعد عن هذه النقطة هو الذي يتحرك دائمًا. وبمجرد أن يصبح الإصبع المتحرك أقرب إلى مركز الثقل من الآخر، فإن الأصابع تتغير أدوارها؛ يتم هذا التبادل عدة مرات حتى تقترب الأصابع من بعضها البعض. وبما أن أحد الأصابع فقط يتحرك في كل مرة، وهو الأبعد عن مركز الثقل، فمن الطبيعي أن يتقارب كلا الإصبعين في الوضع النهائي تحت مركز ثقل العصا.

الشكل 24. تجربة باستخدام المسطرة. على اليمين نهاية التجربة.

الشكل 25. نفس التجربة مع فرشاة الأرضية. لماذا اختلت الموازين؟

قبل أن تنتهي من هذه التجربة، كررها باستخدام فرشاة الأرضية (الشكل 25 أعلاه) واسأل نفسك هذا السؤال؛ إذا قمت بقطع الفرشاة في المكان الذي تدعمه أصابعك، ووضعت كلا الجزأين على أكواب مختلفة من المقاييس (الشكل 25 أدناه)، فما هو الكوب الذي سيفوز - بعصا أم بفرشاة؟

يبدو أنه بما أن كلا جزأي الفرشاة يوازن بعضهما البعض على الأصابع، فيجب أيضًا أن يكونا متوازنين على المقاييس. في الواقع، سوف يصبح الكوب المزود بالفرشاة مشدودًا بشكل زائد. ليس من الصعب تخمين السبب إذا أخذنا في الاعتبار أنه عندما كانت الفرشاة متوازنة على الأصابع، تم تطبيق قوى الوزن لكلا الجزأين على أذرع الرافعة غير المتساوية؛ في حالة المقاييس، يتم تطبيق نفس القوى على نهايات الرافعة ذات الأذرع المتساوية.

بالنسبة لـ "جناح العلوم الترفيهية" في حديقة لينينغراد الثقافية، طلبت مجموعة من العصي بمواضع مختلفة لمركز الثقل؛ تم فصل العصي إلى جزأين غير متساويين عادةً في المكان الذي يقع فيه مركز الثقل. وبوضع هذه الأجزاء في الميزان، تفاجأ الزوار بأن الجزء القصير كان أثقل من الجزء الطويل.

الفصل الثالث

إنتشار دوار.

لماذا لا يسقط الغزل؟

من بين الآلاف من الأشخاص الذين لعبوا بالقمة عندما كانوا أطفالًا، لن يتمكن الكثيرون من الإجابة على هذا السؤال بشكل صحيح. كيف، في الواقع، يمكننا أن نفسر حقيقة أن القمة الدوارة، الموضوعة عموديًا أو حتى مائلة، لا تنقلب، على عكس كل التوقعات؟ ما هي القوة التي تجعله في مثل هذا الوضع غير المستقر على ما يبدو؟ ألا يؤثر عليه الثقل؟

هناك تفاعل مثير للاهتمام بين القوى يحدث هنا. إن نظرية القمة الدوارة ليست بسيطة، ولن نتعمق فيها. دعونا نحدد فقط السبب الرئيسي لعدم سقوط القمة الدوارة.

في التين. 26 يُظهر قمة تدور في اتجاه الأسهم. لاحظ الجزء A من حافته والجزء B المقابل له. يميل الجزء "أ" إلى الابتعاد عنك، والجزء "ب" نحوك. لاحظ الآن نوع الحركة التي تتلقاها هذه الأجزاء عندما تقوم بإمالة المحور العلوي نحوك. مع هذا الدفع، تجبر الجزء "أ" على التحرك لأعلى، والجزء "ب" على التحرك لأسفل؛ يتلقى كلا الجزأين دفعة بزوايا قائمة لحركتهما. ولكن بما أنه أثناء الدوران السريع للقمة تكون السرعة الطرفية لأجزاء القرص عالية جدًا، فإن السرعة الضئيلة التي أبلغت عنها، بالإضافة إلى السرعة الدائرية الكبيرة للنقطة، تعطي نتيجة قريبة جدًا من هذه السرعة الدائرية - و حركة الجزء العلوي لا تتغير تقريبًا. ومن هنا يتضح سبب مقاومة القمة لمحاولات الإطاحة بها. كلما زاد ضخامة الجزء العلوي وزادت سرعة دورانه، زادت مقاومته للانقلاب.

الشكل 26. لماذا لا تسقط القمة؟

الشكل 27. القطعة الدوارة، عند رميها، تحافظ على الاتجاه الأصلي لمحورها.

يرتبط جوهر هذا التفسير ارتباطًا مباشرًا بقانون القصور الذاتي. يتحرك كل جسيم من الجزء العلوي في دائرة في مستوى عمودي على محور الدوران. وفقًا لقانون القصور الذاتي، يميل الجسيم في كل لحظة إلى التحرك من الدائرة إلى خط مستقيم مماس للدائرة. لكن كل مماس يقع في نفس مستوى الدائرة نفسها؛ ولذلك فإن كل جسيم يميل إلى الحركة بحيث يبقى في جميع الأوقات في مستوى عمودي على محور الدوران. ويترتب على ذلك أن جميع المستويات الموجودة في الأعلى، المتعامدة مع محور الدوران، تميل إلى الحفاظ على موقعها في الفضاء، وبالتالي فإن العمودي المشترك بينها، أي محور الدوران نفسه، يميل أيضاً إلى الحفاظ على اتجاهه.

لن نأخذ في الاعتبار جميع حركات القمة التي تحدث عندما تؤثر عليها قوة خارجية. وهذا يتطلب الكثير تفسيرات مفصلة، والتي قد تبدو مملة. أردت فقط أن أشرح سبب رغبة أي جسم دوار في الحفاظ على اتجاه محور الدوران دون تغيير.

هذه الخاصية تستخدم على نطاق واسع التقنية الحديثة. يتم تثبيت أجهزة جيروسكوبية مختلفة (استنادًا إلى خاصية القمة) - البوصلات والمثبتات وما إلى ذلك - على السفن والطائرات.

هذا هو الاستخدام المفيد للعبة تبدو بسيطة.

فن المشعوذين

كما تعتمد العديد من الحيل المذهلة لبرنامج الخفة المتنوع على خاصية دوران الأجسام للحفاظ على اتجاه محور الدوران. اسمحوا لي أن أقتبس مقتطفًا من كتاب رائع للفيزيائي الإنجليزي البروفيسور. قمة الغزل لجون بيري.

الشكل 28. كيف تطير العملة المعدنية أثناء دورانها.

الشكل 29. قُذفت عملة معدنية بدون دوران لتستقر في موضع عشوائي.

الشكل 30. من الأسهل الإمساك بالقبعة المقذوفة إذا تم تدويرها حول محورها.

"في أحد الأيام كنت أعرض بعض تجاربي على جمهور يشرب القهوة ويدخن التبغ في قاعة فيكتوريا الرائعة للحفلات الموسيقية في لندن. حاولت إثارة اهتمام المستمعين قدر استطاعتي، وتحدثت عن كيفية تدوير حلقة مسطحة إذا أراد المرء رميها حتى يتمكن من الإشارة مسبقًا إلى المكان الذي ستسقط فيه؛ يفعلون نفس الشيء إذا أرادوا رمي قبعة لشخص ما حتى يتمكن من الإمساك بهذا الشيء بالعصا. يمكنك دائمًا الاعتماد على المقاومة التي يبذلها الجسم الدوار عندما يتغير اتجاه محوره. وأوضحت أيضًا للمستمعين أنه بعد صقل ماسورة المدفع بسلاسة، لا يمكن للمرء أبدًا الاعتماد على دقة البصر؛ ونتيجة لذلك، يتم الآن تصنيع براميل البنادق، أي أنها مقطوعة داخلكمامات البندقية عبارة عن أخاديد حلزونية الشكل تتناسب معها نتوءات الكرة أو المقذوف ، بحيث يجب أن تتلقى الأخيرة حركة دورانية عندما تجبرها قوة انفجار البارود على التحرك على طول فتحة المدفع. وبفضل هذا، يترك المقذوف البندقية بحركة دورانية محددة بدقة.

كان هذا كل ما أمكنني فعله خلال هذه المحاضرة، إذ لم يكن لدي أي براعة في رمي القبعات أو رمي القرص. ولكن بعد أن انتهيت من محاضرتي، ظهر اثنان من المشعوذين على المسرح، ولم أرغب في الحصول على توضيح للقوانين المذكورة أعلاه أفضل من ذلك الذي قدمته كل خدعة فردية يؤديها هذين الفنانين. لقد ألقوا القبعات والأطواق والألواح والمظلات لبعضهم البعض ... ألقى أحد المشعوذين صفًا كاملاً من السكاكين في الهواء، وأمسك بهم مرة أخرى وألقاهم مرة أخرى بدقة كبيرة؛ بعد أن سمع جمهوري للتو شرحًا لهذه الظواهر، ابتهج بسرور؛ لاحظت التدوير الذي نفذه المشعوذ على كل سكين، مطلقًا إياها من يديه، حتى يتمكن على الأرجح من معرفة الوضع الذي ستعود إليه السكين مرة أخرى. ثم اندهشت من أن جميع حيل ألعاب الخفة التي تم إجراؤها في ذلك المساء تقريبًا، بدون استثناء تقريبًا، كانت مثالًا للمبدأ المذكور أعلاه.

حل جديد لمشكلة كولومبوس

لقد حل كولومبوس مشكلته الشهيرة حول كيفية وضع البيضة بكل بساطة: لقد كسر قشرتها. هذا القرار، في جوهره، غير صحيح: كسر قذيفة البيضة، غير كولومبوس شكله، وبالتالي، لم يضع بيضة، ولكن جسم آخر؛ بعد كل شيء، جوهر المشكلة كله هو في شكل بيضة: من خلال تغيير الشكل، نستبدل البيضة بجسم آخر. لم يقدم كولومبوس حلاً للجسد الذي تم البحث عنه.

الشكل 31. حل مشكلة كولومبوس: تدور البيضة وهي واقفة على نهايتها.

وفي الوقت نفسه، يمكنك حل مشكلة الملاح العظيم دون تغيير شكل البيضة على الإطلاق، إذا استخدمت خاصية الجزء العلوي؛ للقيام بذلك، يكفي فقط وضع البيضة في حركة دورانية حول محورها الطويل - وسوف تقف لبعض الوقت على نهاية حادة أو حتى حادة، دون الانقلاب. يوضح الشكل كيفية القيام بذلك: يتم إعطاء البيضة حركة دورانية بأصابعك. إذا رفعت يديك بعيدًا، سترى أن البيضة تستمر في الدوران بشكل مستقيم لبعض الوقت: تم حل المشكلة.

للتجربة، يجب عليك بالتأكيد تناول البيض المسلوق. ولا يتعارض هذا القيد مع شروط مشكلة كولومبوس: فبعد أن اقترحه كولومبوس، أخذ على الفور بيضة من المائدة، ومن المفترض أنه لم يتم تقديم البيض النيئ إلى الطاولة. من الصعب أن تتمكن من جعل البيضة النيئة تدور في وضع مستقيم، لأن الكتلة السائلة الداخلية تشكل عائقًا في هذه الحالة. وهذه، بالمناسبة، طريقة بسيطة لتمييز البيض النيئ عن البيض المسلوق - وهي تقنية معروفة لدى العديد من ربات البيوت.

الجاذبية "المدمرة".

كتب أرسطو قبل ألفي عام: "لا يتدفق الماء من وعاء يدور، ولا ينسكب حتى عندما يكون الوعاء مقلوبًا رأسًا على عقب، لأن الدوران يتعارض مع ذلك". في التين. 32 يصور هذه التجربة المذهلة، والتي لا شك أنها مألوفة لدى الكثيرين: من خلال تدوير دلو من الماء بسرعة كافية، كما هو موضح في الشكل، يمكنك تحقيق عدم انسكاب الماء حتى في ذلك الجزء من الطريق حيث الدلو مقلوب رأسا على عقب.

وفي الحياة اليومية، جرت العادة على تفسير هذه الظاهرة بـ"القوة الطاردة المركزية"، أي تلك القوة الخيالية التي من المفترض أنها تطبق على الجسم وتحدد رغبته في الابتعاد عن مركز الدوران. هذه القوة غير موجودة: هذه الرغبة ليست أكثر من مظهر من مظاهر القصور الذاتي، وأي حركة بالقصور الذاتي تتم دون مشاركة القوة. وفي الفيزياء تعني قوة الطرد المركزي شيئًا آخر، وهو القوة الحقيقية التي يسحب بها الجسم الدوار الخيط الذي يمسكه أو يضغط على مساره المنحني. لا يتم تطبيق هذه القوة على جسم متحرك، بل على عائق يمنعه من التحرك بشكل مستقيم: على خيط، على قضبان على قسم منحني من المسار، وما إلى ذلك.

وبالانتقال إلى دوران الدلو، سنحاول فهم سبب هذه الظاهرة، دون اللجوء إطلاقا إلى مفهوم “القوة الطاردة المركزية” الغامض. دعونا نسأل أنفسنا السؤال: أين سيذهب مجرى الماء إذا حدث ثقب في جدار الدلو؟ إذا لم تكن هناك جاذبية، فسيتم توجيه تيار الماء، عن طريق القصور الذاتي، على طول المماس AK إلى الدائرة AB (الشكل 32). تتسبب الجاذبية في انخفاض التدفق وتصف المنحنى (القطع المكافئ AR). إذا كانت السرعة الطرفية عالية بما فيه الكفاية، فسيكون هذا المنحنى موجودًا خارج الدائرة AB. يكشف الجدول أمامنا المسار الذي، عندما يدور الدلو، سيتحرك الماء إذا لم يتداخل الدلو مع الضغط الواقع عليه. من الواضح الآن أن الماء لا يميل على الإطلاق إلى التحرك عموديًا إلى الأسفل، وبالتالي لا يسكب من الدلو. ولا يمكن أن يتدفق منه إلا إذا كانت فتحة الدلو متجهة نحو اتجاه دورانه.

الشكل 32. لماذا لا يتدفق الماء من الدلو الدوار؟

الآن احسب السرعة التي يجب أن يدور بها الدلو في هذه التجربة حتى لا ينسكب الماء منه. يجب أن تكون هذه السرعة بحيث لا يقل تسارع الجاذبية للدلو الدوار عن تسارع الجاذبية: عندها فإن المسار الذي يميل الماء إلى التحرك فيه يقع خارج الدائرة الموصوفة بالدلو، ولن يتخلف الماء عن الدلو. دلو في أي مكان. صيغة حساب تسارع الجاذبية المركزية W هي:

حيث v هي السرعة المحيطية، وR هو نصف قطر المسار الدائري. وبما أن تسارع الجاذبية على سطح الأرض هو g = 9.8 م/ثانية2، فلدينا المتباينة v2/R» = 9.8. إذا جعلنا R يساوي 70 سم، إذن

تُستخدم قدرة السائل على الضغط على جدران الوعاء الذي يدور حول محور أفقي في تقنية ما يسمى بالصب بالطرد المركزي. في هذه الحالة، من الضروري أن يتم تقسيم السائل غير المتجانس إلى طبقات حسب الثقل النوعي: تقع المكونات الأثقل بعيدًا عن محور الدوران، وتحتل المكونات الأخف مكانًا أقرب إلى المحور. ونتيجة لذلك، يتم إطلاق جميع الغازات الموجودة في المعدن المنصهر والتي تشكل ما يسمى بـ "الأصداف" في الصب من المعدن إلى الجزء الداخلي المجوف من الصب. المنتجات المصنوعة بهذه الطريقة كثيفة وخالية من الأصداف. يعتبر الصب بالطرد المركزي أرخص من القولبة بالحقن التقليدية ولا يتطلب معدات معقدة.

أنت مثل جاليليو

لعشاق الأحاسيس القوية، يتم في بعض الأحيان ترتيب ترفيه غريب للغاية - ما يسمى "أرجوحة الشيطان". كان هناك مثل هذا التأرجح في لينينغراد. لم أضطر إلى التأرجح عليه بنفسي، لذا سأقدم هنا وصفًا له من المجموعة متعة علميةفيدو:

"يتم تعليق الأرجوحة من شريط أفقي قوي ملقى عبر الغرفة على ارتفاع معروف فوق الأرض. عندما يجلس الجميع، يقوم أحد المرافقين المعينين خصيصًا بقفل الباب الأمامي، وإزالة اللوحة المستخدمة للدخول، ومعلنًا أنه سيمنح الجمهور الآن الفرصة للقيام برحلة جوية قصيرة، يبدأ في أرجحة الأرجوحة بلطف. بعد ذلك يجلس ويتأرجح مثل سائق على كعبيه أو يغادر القاعة تمامًا.

وفي الوقت نفسه، تصبح تقلبات الأرجوحة أكبر وأكبر؛ يبدو أنه يرتفع إلى ارتفاع العارضة، ثم يتجاوزه، أعلى وأعلى، ويصف في النهاية دائرة كاملة. تتسارع الحركة بشكل ملحوظ أكثر فأكثر، وعلى الرغم من تحذير معظم العهرة بالفعل، إلا أنهم يشعرون بإحساس لا يمكن إنكاره بالتأرجح والحركة السريعة؛ يبدو لهم أنهم يندفعون رأسًا على عقب في الفضاء، بحيث يمسكون بشكل لا إرادي بظهور المقاعد حتى لا يسقطوا.

لكن النطاق يبدأ في الانخفاض؛ لم تعد التأرجح يرتفع إلى ارتفاع العارضة، وبعد بضع ثوان يتوقف تماما.

الشكل 33. رسم تخطيطي لجهاز "أرجوحة الشيطان".

في الواقع، كانت الأرجوحة معلقة بلا حراك طوال الوقت بينما استمرت التجربة، والغرفة نفسها، بمساعدة آلية بسيطة للغاية، تجاوزت الجمهور حول محور أفقي. يتم إرفاق أنواع مختلفة من الأثاث بأرضية أو جدران القاعة؛ يتكون المصباح، الملحوم على الطاولة بحيث يبدو من السهل أن ينقلب، من لمبة كهربائية متوهجة مخبأة تحت غطاء كبير. المضيف، الذي كان على ما يبدو يهز الأرجوحة، ويعطيها دفعات خفيفة، في جوهره، يطابقها مع الاهتزازات الخفيفة للقاعة ويتظاهر فقط بالتأرجح. الوضع برمته يساهم في النجاح الكامل للخداع.

سر الوهم، كما ترون، بسيط يبعث على السخرية. ومع ذلك، إذا وجدت نفسك الآن، وأنت تعرف بالفعل ما هو الأمر، على "الأرجوحة اللعينة"، فسوف تستسلم حتمًا للخداع. هذه هي قوة الوهم!

هل تتذكر قصيدة بوشكين "الحركة"؟

قال الحكيم الملتحي: لا توجد حركة.

إذا أعطيت منصة دوارة مثل هذا الانحناء بحيث يكون سطحها عند سرعة معينة متعامدًا مع السطح الناتج عند كل نقطة، فإن الشخص الموضوع على الأرض سيشعر في جميع نقاطها كما لو كان على مستوى أفقي. من خلال الحساب الرياضي وجد أن مثل هذا السطح المنحني هو سطح جسم هندسي خاص - جسم مكافئ. يمكن الحصول عليه عن طريق تدوير نصف كوب مملوء بالماء بسرعة حول محور عمودي: ثم يرتفع الماء عند الحواف، ويسقط في المنتصف، ويأخذ سطحه شكل القطع المكافئ.

إذا بدلًا من الماء، سكبنا الشمع المذاب في كوب واستمرنا في الدوران حتى يبرد الشمع، فإن سطحه المتصلب سيعطينا الشكل الدقيق للقطع المكافئ. عند سرعة دوران معينة، يكون هذا السطح، بالنسبة للأجسام الثقيلة، كما لو كان أفقيًا: فالكرة الموضوعة في أي نقطة لا تتدحرج لأسفل، ولكنها تظل عند هذا المستوى (الشكل 36).

الآن سيكون من السهل فهم هيكل الكرة "المسحورة".

يتكون قاعها (الشكل 37) من منصة دوارة كبيرة، والتي لها انحناء القطع المكافئ. على الرغم من أن الدوران سلس للغاية بفضل الآلية المخفية أسفل المنصة، إلا أن الأشخاص الموجودين على المنصة سيظلون يشعرون بالدوار إذا لم تتحرك الأشياء المحيطة معهم؛ ولمنع المراقب من اكتشاف الحركة، يتم وضع المنصة داخل كرة كبيرة ذات جدران غير شفافة، والتي تدور بنفس سرعة المنصة نفسها.

الشكل 36. إذا تم تدوير هذا الزجاج بسرعة كافية، فلن تتدحرج الكرة إلى الأسفل.

الشكل 37. الكرة "المسحورة" (القسم).

هذا هو هيكل هذا الكاروسيل، الذي يسمى المجال "المسحور" أو "السحري". ما الذي تشعر به عندما تكون على منصة داخل الكرة؟ عندما تدور، تكون الأرضية تحت قدميك أفقية، بغض النظر عن مكان وجودك على منحنى المنصة - عند المحور، حيث تكون الأرضية أفقية حقًا، أو عند الحافة، حيث تميل بزاوية 45 درجة. العيون ترى التقعر بوضوح، لكن الإحساس العضلي يدل على وجود مكان مستوي تحتك.

الأدلة من كلا الحواس تتناقض مع بعضها البعض بطريقة دراماتيكية. إذا انتقلت من حافة المنصة إلى أخرى، فسوف يبدو لك كما لو أن الكرة الضخمة بأكملها، بسهولة فقاعة الصابون، قد انقلبت إلى الجانب الآخر تحت ثقل جسمك: بعد كل شيء، في كل نقطة تشعر كما لو كنت على مستوى أفقي. وينبغي أن يبدو موقف الأشخاص الآخرين الذين يقفون بشكل غير مباشر على المنصة غير عادي للغاية بالنسبة لك: سيبدو لك حرفيًا أن الناس يسيرون على الجدران مثل الذباب (الشكل 39).

الماء المسكوب على أرضية الكرة المسحورة سينتشر في طبقة متساوية فوق سطحها المنحني. يبدو للناس أن الماء هنا يقف أمامهم كجدار مائل.

يبدو أن الأفكار المعتادة حول قوانين الجاذبية قد ألغيت في هذه الكرة المذهلة، وننتقل إلى عالم رائع من العجائب...

يشعر الطيار بأحاسيس مماثلة عند الدوران. فإذا طار بسرعة 200 كيلومتر في الساعة على منحنى نصف قطره 500 متر، فإن الأرض يجب أن تظهر له مرتفعة ومائلة بمقدار 16 درجة.

الشكل 38. الموقع الحقيقي للأشخاص داخل الكرة "المسحورة".

الشكل 39. الموقف المعروض لكل من الزائرين.

الشكل 40. المختبر الدوار - الموقع الفعلي.

الشكل 41. الموقع الظاهري لنفس المختبر الدوار.

وفي ألمانيا، في مدينة غوتنغن، تم بناء مختبر دوار مماثل للبحث العلمي. هذه (الشكل 40) عبارة عن غرفة أسطوانية يبلغ قطرها 3 أمتار وتدور بسرعة تصل إلى 50 دورة في الثانية. نظرًا لأن أرضية الغرفة مسطحة، عند الدوران، يبدو للمراقب الذي يقف بالقرب من الحائط أن الغرفة مائلة للخلف، وهو نفسه مستلق على الحائط المائل (الشكل 41).

تلسكوب سائل

أفضل شكل لمرآة التلسكوب العاكس هو الشكل المكافئ، أي بالضبط الشكل الذي يتخذه سطح السائل في وعاء دوار بشكل طبيعي. يبذل مصممو التلسكوب الكثير من العمل المضني لإعطاء المرآة هذا الشكل. يستغرق صنع مرآة للتلسكوب سنوات. لقد تحايل الفيزيائي الأمريكي وود على هذه الصعوبات من خلال بناء مرآة سائلة: من خلال تدوير الزئبق في وعاء واسع، حصل على سطح مكافئ مثالي يمكن أن يلعب دور المرآة، لأن الزئبق يعكس أشعة الضوء بشكل جيد. تم تركيب تلسكوب وود في بئر ضحلة.

ومع ذلك، فإن عيب التلسكوب هو أن أدنى صدمة تجعد سطح المرآة السائلة وتشوه الصورة، فضلا عن حقيقة أن المرآة الأفقية تجعل من الممكن فحص تلك النجوم الموجودة في ذروة مباشرة فقط.

"حلقة الشيطان"

قد تكون على دراية بخدعة ركوب الدراجات المذهلة التي يتم إجراؤها أحيانًا في السيرك: يركب الدراج في حلقة من الأسفل إلى الأعلى ويكمل دائرة كاملة، على الرغم من اضطراره إلى الركوب رأسًا على عقب في أعلى الدائرة. يتم ترتيب مسار خشبي في الساحة على شكل حلقة ذات تجعيد واحد أو أكثر، كما هو موضح في الشكل 42. يركب الفنان دراجة أسفل الجزء المائل من الحلقة، ثم ينطلق بسرعة على حصانه الفولاذي إلى أعلى ، على طول الجزء الدائري، ويؤدي بدوره الكامل، حرفيًا رأسًا على عقب، وينزلق بأمان على الأرض.

الشكل 42. "حلقة الشيطان". يوجد أدناه على اليسار رسم تخطيطي للحساب.

يبدو أن خدعة الدراجة المحيرة هذه تمثل ذروة الفن البهلواني. يسأل الجمهور الحائر نفسه في حيرة: ما هي القوة الغامضة التي تمسك المتهور رأسًا على عقب؟ أولئك الذين لا يثقون بهم على استعداد للشك في وجود خداع ذكي هنا، ولكن في هذه الأثناء لا يوجد شيء خارق للطبيعة في الخدعة. يتم تفسيره بالكامل من خلال قوانين الميكانيكا. كرة البلياردو التي يتم إطلاقها على هذا المسار ستفعل الشيء نفسه دون نجاح أقل. هناك "حلقات الشيطان" المصغرة في فصول الفيزياء المدرسية.

نهاية النسخة التجريبية المجانية.

هناك الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام في العالم من حولنا! ومن الممتع جدًا تعلم أشياء جديدة ومثيرة للدهشة. يمكن لكتاب ياكوف بيرلمان "الفيزياء المسلية" أن يعرّفك على مثل هذه الظواهر. هذا ليس كتابًا مدرسيًا للدراسة، ولكنه كتاب يثير اهتمام الأطفال، ويشجعهم على تعلم أشياء جديدة، واكتشاف ما هو غير عادي وفضولي. يحتوي على مجموعة متنوعة من الأسئلة والمهام والتجارب التي تحفزك على دراسة الفيزياء بشكل أعمق. يقدم المؤلف العديد من المهام المنطقية المختلفة ويتحدث عن مفارقات عالمنا.

بمساعدة هذا الكتاب، يمكنك رؤية الظواهر المألوفة من منظور مختلف تمامًا وفهم سبب حدوث ذلك. على سبيل المثال، يشرح ما هو مركز جسم الإنسان وأين يقع، وكيف يحدث الخداع السمعي، ولماذا تطير الطائرة الورقية، وما هو المشي حقًا. يحتوي الكتاب أيضًا على الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام، وبعض الحالات مأخوذة من أعمال مشهورة من الخيال العالمي، ويتم فحص أنواع مختلفة من التحيزات، ويتم شرح القوانين العلمية باستخدام أمثلة بسيطة من الحياة العادية.

هذا الكتاب مناسب للطلاب مدرسة إبتدائيةوالأطفال الأكبر سنا. سيكون مفيدًا أيضًا لأولئك الذين يرغبون في تعلم شيء مثير للاهتمام بأنفسهم. يمكن للوالدين قراءة هذا الكتاب وإخبار أطفالهم بأشياء مثيرة للاهتمام، وإعطاء المعرفة التي ستكون مفيدة وستحفز تعطش الطفل للمعرفة.

ينتمي العمل إلى النوع العلمي. تم نشره عام 2017 عن دار النشر AST. الكتاب جزء من سلسلة "العلم المثير لياكوف بيرلمان". يمكنك على موقعنا تنزيل كتاب "الفيزياء الترفيهية" بتنسيق fb2 أو rtf أو epub أو pdf أو txt أو القراءة عبر الإنترنت. تصنيف الكتاب هو 4.54 من 5. هنا، قبل القراءة، يمكنك أيضًا الرجوع إلى مراجعات القراء الذين هم على دراية بالكتاب بالفعل ومعرفة رأيهم. في متجر شركائنا عبر الإنترنت، يمكنك شراء الكتاب وقراءته في النسخة الورقية.

دار النشر "RIMIS" حائزة على الجائزة الأدبية التي سميت باسمها. الكسندرا بيلييف 2008.

تمت استعادة النص والرسومات من كتاب Ya. I. Perelman "الفيزياء المسلية"، الذي نشره P. P. Soykin (سانت بطرسبرغ) في عام 1913.

© دار نشر ريميس، طبعة، تصميم، 2009

* * *

مروج العلوم المتميز

مغني الرياضيات، شاعر الفيزياء، شاعر علم الفلك، مبشر رواد الفضاء - كان ولا يزال في ذكرى ياكوف إيسيدوروفيتش بيرلمان، الذي بيعت كتبه في جميع أنحاء العالم بملايين النسخ.

يرتبط اسم هذا الشخص الرائع بظهور وتطور نوع خاص - ترفيهي - من التعميم العلمي لأساسيات المعرفة. مؤلف أكثر من مائة كتاب وكراسة، وكان لديه موهبة نادرة للحديث عن الحقائق العلمية الجافة بطريقة مثيرة ومثيرة للاهتمام، مما يثير الفضول والفضول المتقد - هذه هي المراحل الأولى من العمل المستقل للعقل.

يكفي أن تتعرف لفترة وجيزة على كتبه ومقالاته العلمية الشهيرة لترى الاتجاه الخاص للتفكير الإبداعي لمؤلفها. كان هدف بيرلمان هو إظهار الظواهر العادية من منظور متناقض وغير عادي، مع الحفاظ في الوقت نفسه على الدقة العلمية في تفسيرها. الميزة الأساسيةكان أسلوبه الإبداعي يتمتع بقدرة استثنائية على مفاجأة القارئ وجذب انتباهه منذ الكلمة الأولى. كتب بيرلمان في مقالته “ما هو العلم الممتع”: “إننا نتوقف مبكرا عن الدهشة، فنحن نفقد مبكرا القدرة التي تدفعنا إلى الاهتمام بأشياء لا تؤثر بشكل مباشر على وجودنا… سيكون الماء، بدونه”. بلا شك، المادة الأكثر روعة في الطبيعة، والقمر هو أروع منظر في السماء، إذا لم يظهر كلاهما كثيرًا.

لإظهار العادي في ضوء غير عادي، استخدم بيرلمان ببراعة طريقة المقارنة غير المتوقعة. أدى التفكير العلمي الحاد، والثقافة العامة والفيزيائية والرياضية الضخمة، والاستخدام الماهر للعديد من الحقائق والمؤامرات الأدبية والعلمية واليومية، وتفسيرها الذكي المذهل وغير المتوقع تمامًا إلى ظهور قصص ومقالات علمية وفنية رائعة تمت قراءتها باهتمام واهتمام لا يكل. ومع ذلك، فإن العرض الترفيهي ليس بأي حال من الأحوال غاية في حد ذاته. على العكس من ذلك، ليس الهدف تحويل العلم إلى متعة وترفيه، ولكن وضع الحيوية وفنية العرض في خدمة فهم الحقائق العلمية - وهذا هو جوهر أسلوب ياكوف إيسيدوروفيتش الأدبي والتعميم. "حتى لا تكون هناك سطحية، حتى تكون الحقائق معروفة..." - اتبع بيرلمان هذا الفكر بدقة طوال حياته المهنية الإبداعية التي استمرت 43 عامًا. إنه في الجمع بين الموثوقية العلمية الصارمة والشكل الترفيهي وغير التافه لعرض المواد، يكمن سر النجاح المستمر لكتب بيرلمان.

لم يكن بيرلمان كاتبًا منعزلًا عن الواقع الحي. لقد استجاب بسرعة للاحتياجات العملية لبلاده بطريقة صحفية. عندما أصدر مجلس مفوضي الشعب في جمهورية روسيا الاتحادية الاشتراكية السوفياتية في عام 1918 مرسومًا بشأن إدخال النظام المتري للأوزان والمقاييس، كان ياكوف إيسيدوروفيتش أول من نشر العديد من الكتيبات الشعبية حول هذا الموضوع. غالبًا ما كان يلقي محاضرات في العمل والمدرسة والجمهور العسكري (ألقى حوالي ألفي محاضرة). بناءً على اقتراح بيرلمان، وبدعم من ن.ك. كروبسكايا، في عام 1919، بدأ نشر أول مجلة علمية شعبية سوفيتية "في ورشة الطبيعة" (تحت إشرافه الخاص). لم يظل ياكوف إيسيدوروفيتش بمعزل عن إصلاح المدارس الثانوية.

ويجب التأكيد على أن أنشطة بيرلمان التعليمية اتسمت أيضًا بموهبة حقيقية. لعدة سنوات قام بتدريس دورات في الرياضيات والفيزياء في المرحلتين العليا والثانوية المؤسسات التعليمية. وبالإضافة إلى ذلك، كتب 18 كتابا مدرسيا و وسائل تعليميةلمدرسة العمل السوفيتية الموحدة. حصل اثنان منهما - "القارئ المادي"، العدد 2، و"كتاب المشكلات الجديد في الهندسة" (1923) - على شرف كبير جدًا بوضعهما على رف مكتبة فلاديمير إيليتش لينين في الكرملين.

صورة بيرلمان محفوظة في ذاكرتي - شخص متعلم على نطاق واسع، متواضع للغاية، خجول إلى حد ما، صحيح للغاية وساحر، مستعد دائمًا للمساعدة المساعدة التي تحتاجهالزملائك. لقد كان عاملاً حقيقياً في العلم.

في 15 أكتوبر 1935، بدأ "بيت العلوم الترفيهية" العمل في لينينغراد - وهو معرض مرئي ومجسد لكتب بيرلمان. وتجول مئات الآلاف من الزوار في قاعات هذه المؤسسة الثقافية والتعليمية الفريدة. وكان من بينهم تلميذ مدرسة لينينغراد جورجي غريتشكو، وهو الآن رائد فضاء في الاتحاد السوفييتي، وبطل مرتين الاتحاد السوفياتي، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية. مصير اثنين آخرين من رواد الفضاء - أبطال الاتحاد السوفيتي K. P. Feoktistov و B. B. Egorov - مرتبط أيضًا ببيرلمان: في مرحلة الطفولة تعرفوا على كتاب "السفر بين الكواكب" وأصبحوا مهتمين به.

متى فعل العظيم الحرب الوطنية، تجلت بوضوح وطنية بيرلمان ووعيه العالي بالواجب المدني تجاه الوطن الأم. بقي في لينينغراد المحاصر، ولم يعد شابًا (كان يبلغ من العمر 60 عامًا)، وتحمل بثبات، إلى جانب جميع سكان لينينغراد، العذاب والصعوبات اللاإنسانية للحصار. على الرغم من القصف المدفعي والجوي للعدو على المدينة، وجد ياكوف إيسيدوروفيتش القوة للتغلب على الجوع والبرد والمشي من أقصى لينينغراد إلى نهايته لحضور محاضرات في الوحدات العسكرية. ألقى محاضرات على ضباط الاستطلاع في الجيش والبحرية، وكذلك الثوار، حول ما كان مهمًا للغاية في ذلك الوقت - القدرة على التنقل في التضاريس وتحديد المسافات إلى الأهداف دون أي أدوات. نعم، وكان العلم الترفيهي يخدم غرض هزيمة العدو!

مما أثار استياءنا الشديد أنه في 16 مارس 1942، توفي ياكوف إيسيدوروفيتش - لقد مات أثناء الحصار من الجوع...

تستمر كتب Ya. I. Perelman في خدمة الناس حتى يومنا هذا - يتم إعادة نشرها باستمرار في بلدنا، وهي تتمتع بالنجاح المستمر بين القراء. كتب بيرلمان معروفة على نطاق واسع في الخارج. تمت ترجمتها إلى المجرية والبلغارية والإنجليزية والفرنسية والألمانية والعديد من اللغات الأجنبية الأخرى.

وبناءً على اقتراحي، أُطلق على إحدى الفوهات الموجودة على الجانب البعيد من القمر اسم "بيريلمان".

الأكاديمي V. P. Glushko

مقتطفات من مقدمة كتاب "دكتور في العلوم الترفيهية" (جي. آي. ميشكيفيتش، م.: "زناني"، 1986).

مقدمة

والكتاب المقترح، من حيث طبيعة المادة المجمعة فيه، يختلف بعض الشيء عن المجموعات الأخرى من هذا النوع. وتعطى التجارب الفيزيائية، بالمعنى الدقيق للكلمة، مكانة ثانوية فيها؛ المهام الترفيهيةأسئلة ومفارقات معقدة من مجال الفيزياء الابتدائية والتي يمكن أن تخدم غرض الترفيه العقلي. بالمناسبة، يتم استخدام بعض الأعمال الخيالية (Jules Verne، C. Flammarion، E. Poe، إلخ) كمواد مماثلة لقضايا الفيزياء؛ تتضمن المجموعة أيضًا مقالات حول بعض القضايا المثيرة للاهتمام في الفيزياء الأولية، والتي لا تتم مناقشتها عادةً في الكتب المدرسية.

من بين التجارب، يتضمن الكتاب بشكل أساسي تلك التي ليست مفيدة فحسب، بل مسلية أيضًا، علاوة على ذلك، يمكن إجراؤها باستخدام الأشياء الموجودة دائمًا في متناول اليد. تم استعارة التجارب والرسوم التوضيحية الخاصة بهم من توم تيتوس وتيساندير وبويز وآخرين.

أنا أعتبر أنه من واجبي اللطيف أن أعرب عن امتناني للحراجي المتعلم آي آي بولفيروف، الذي قدم لي خدمات لا يمكن تعويضها في قراءة أحدث البراهين.

سانت بطرسبرغ، 1912

يا بيرلمان

رسم ستيفين على صفحة عنوان كتابه ("معجزة وليست معجزة").

الفصل الأول
إضافة وتحلل الحركات والقوى

متى نتحرك بشكل أسرع حول الشمس - أثناء النهار أم في الليل؟

سؤال غريب! يبدو أن سرعة حركة الأرض حول الشمس لا يمكن ربطها بأي شكل من الأشكال بتغير النهار والليل. بالإضافة إلى ذلك، على الأرض، يكون النهار دائمًا في النصف والليل في النصف الآخر، لذا يبدو أن السؤال نفسه لا معنى له.

ومع ذلك، فهو ليس كذلك. لا يتعلق الأمر بموعد ذلك أرضيتحرك بشكل أسرع، ولكن حول متى نحنأيها الناس، نحن نتحرك في الفضاء العالمي. وهذا يغير الأمور. ولا تنس أننا نقوم بحركتين: نندفع حول الشمس وفي نفس الوقت ندور حول محور الأرض. كل من هذه الحركات طي- والنتيجة مختلفة، اعتماداً على ما إذا كنا في نصف الأرض نهاراً أم ليلاً. ألقِ نظرة على الرسم - وسترى على الفور سرعة الدوران في الليل يضافإلى سرعة الأرض الأمامية، وفي النهار، على العكس من ذلك، يؤخذ بعيدامنها.

أرز. 1. يتحرك الأشخاص في نصف الكرة الأرضية ليلاً حول الشمس بشكل أسرع من نصف النهار.

وهذا يعني أننا في الليل نتحرك في الفضاء العالمي بشكل أسرع من النهار.

وبما أن كل نقطة من خط الاستواء تمتد حوالي نصف ميل في الثانية، فإن الفرق بين سرعات منتصف النهار ومنتصف الليل بالنسبة للشريط الاستوائي يصل إلى ميل كامل في الثانية. بالنسبة لسانت بطرسبرغ (التي تقع عند خط العرض 60) فإن هذا الفارق يبلغ نصف هذا الفارق بالضبط.

لغز عجلة العربة

قم بتركيب رقاقة بيضاء على جانب حافة عجلة العربة (أو إطار دراجة) ولاحظها أثناء تحرك العربة (أو الدراجة). ستلاحظ ظاهرة غريبة: بينما تكون الرقاقة في أسفل العجلة الدوارة، يمكن رؤيتها بوضوح تام؛ على العكس من ذلك، في الجزء العلوي من العجلة، تومض نفس الرقاقة بسرعة كبيرة بحيث لا يكون لديك الوقت لرؤيتها. ما هذا؟ حقًا الجزء العلويهل تتحرك العجلة بشكل أسرع من العجلة السفلية؟

ستزداد حيرتك أكثر إذا قارنت المتحدث العلوي والسفلي لعجلة دوارة: اتضح أنه بينما يتم دمج المتحدث العلوي في كل واحد متواصل، تظل الأجزاء السفلية مرئية بوضوح تام. مرة أخرى، يبدو الأمر كما لو أن الجزء العلوي من العجلة يتدحرج بشكل أسرع من الجزء السفلي. لكن في الوقت نفسه، نحن على قناعة راسخة بأن العجلة تتحرك بالتساوي في جميع أجزائها.

ما هو الرد على هذه الظاهرة الغريبة؟ نعم، ببساطة تلك الأجزاء العلوية من كل عجلة دوارة تحرك بشكل أسرع حقًا من تلك الموجودة أدناه. يبدو هذا أمرًا لا يصدق تمامًا للوهلة الأولى، ومع ذلك فهو كذلك.

المنطق البسيط سيقنعنا بهذا. دعونا نتذكر أن كل نقطة من العجلة المتدحرجة تقوم بحركتين في وقت واحد: فهي تدور حول محور وتتحرك في نفس الوقت للأمام على طول هذا المحور. يحدث إضافة حركتين- ونتيجة هذه الإضافة ليست واحدة على الإطلاق بالنسبة للأجزاء العلوية والسفلية من العجلة. وهي في الجزء العلوي من العجلة هناك حركة دورانية يضافإلى متعدية، لأن كلا الحركتين موجهتان في نفس الاتجاه. في الجزء السفلي من العجلة، يتم توجيه الحركة الدورانية نحو الجانب المعاكسو يؤخذ بعيدامن التقدمية. النتيجة الأولى بالطبع أكبر من الثانية - ولهذا السبب تتحرك الأجزاء العلوية من العجلة بشكل أسرع من الأجزاء السفلية.

يتحرك الجزء العلوي من العجلة المتدحرجة بشكل أسرع من الجزء السفلي. قارن بين حركات AA" و BB".

ويمكن التحقق من صحة هذا الأمر بسهولة من خلال تجربة بسيطة، ننصح بإجرائها عند أول فرصة مناسبة. أدخل عصا في الأرض بجوار عجلة عربة واقفة بحيث تكون العصا في مواجهة المحور (انظر الشكل 2). على حافة العجلة، في الأعلى وفي الأسفل، ضع علامة بالطباشير؛ هذه العلامات عبارة عن نقاط أو بفي الصورة - سيتعين عليهم القتال ضد العصا. قم الآن بتحريك العربة للأمام قليلاً (انظر الشكل 3) حتى يصبح المحور على بعد قدم واحدة تقريبًا من العصا - ولاحظ كيف تتحرك علاماتك. وتبين أن العلامة العليا هي أ– تحرك بشكل ملحوظ أكثر من الأسفل – ب، والتي ابتعدت قليلاً عن العصا بزاوية لأعلى.

باختصار، يؤكد كل من المنطق والتجربة الفكرة الغريبة للوهلة الأولى، وهي أن الجزء العلوي من أي عجلة متدحرجة يتحرك بشكل أسرع من الجزء السفلي.

أي جزء من الدراجة يتحرك بشكل أبطأ من الأجزاء الأخرى؟

أنت تعلم بالفعل أنه ليست كل نقاط العربة المتحركة أو الدراجة تتحرك بسرعة متساوية، وأن نقاط العجلات التي تتحرك بشكل أبطأ هي تلك التي هذه اللحظةتتلامس مع الأرض.

وبطبيعة الحال، كل هذا يحدث فقط من أجل المتداولالعجلات، وليس تلك التي تدور على محور ثابت. في دولاب الموازنة، على سبيل المثال، تتحرك النقطتان العلوية والسفلية للحافة بنفس السرعة.

سر عجلة السكة الحديد

تحدث ظاهرة غير متوقعة أكثر في عجلة السكك الحديدية. أنت تعلم بالطبع أن هذه العجلات لها حافة بارزة على الحافة. وهكذا، فإن أدنى نقطة من هذه الحافة عندما يتحرك القطار لا تتحرك للأمام على الإطلاق، بل للخلف! من السهل التحقق من ذلك باستخدام منطق مشابه للاستدلال السابق - ونترك الأمر للقارئ للوصول إلى استنتاج غير متوقع ولكنه صحيح تمامًا وهو أنه في قطار سريع الحركة هناك نقاط لا تتحرك للأمام، بل للخلف. صحيح أن هذه الحركة العكسية لا تدوم سوى جزء ضئيل من الثانية، لكن هذا لا يغير الأمر: فالحركة العكسية (وبسرعة كبيرة في ذلك - ضعف سرعة المشاة) لا تزال موجودة، على عكس أفكارنا المعتادة.

أرز. 4. عندما تدور عجلة السكة الحديد على طول السكة إلى اليمين، تكون النقطة رتعود حافته إلى اليسار.

من أين يأتي القارب؟

تخيل أن باخرة تبحر في البحيرة، واترك السهم أفي التين. 5 يوضح سرعة واتجاه حركتها. يبحر عبره قارب والسهم بيصور سرعته واتجاهه. إذا سألتك من أين انطلق هذا القارب، فسوف تشير على الفور إلى النقطة أعلى الشاطئ. ولكن إذا سألت ركاب السفينة الشراعية نفس السؤال، فسوف يشيرون إلى نقطة مختلفة تماما.

يحدث هذا لأن ركاب السفينة يرون أن القارب لا يتحرك بزوايا قائمة على الإطلاق مع حركته. لا ينبغي أن ننسى أنهم لا يشعرون بحركتهم. يبدو لهم أنهم هم أنفسهم يقفون بلا حراك، والقارب يندفع بسرعته في الاتجاه المعاكس (تذكر ما نراه عندما نركب في عربة السكك الحديدية). لهذا بالنسبة لهملا يتحرك القارب إلا في اتجاه السهم بولكن أيضًا في اتجاه السهم ج، – وهو متساوي أولكن موجهة في الاتجاه المعاكس (انظر الشكل 6). وتجتمع هاتان الحركتان - الحقيقية والظاهرية - ونتيجة لذلك يبدو لركاب السفينة أن القارب يتحرك قطريًا على طول متوازي الأضلاع المبني على بو ج. هذا القطر، كما هو مبين في الشكل. 6ـ بخط منقط يعبر عن حجم واتجاه الحركة الظاهرة .

أرز. 5. القارب ( ب) يبحر عبر الباخرة ( أ).

ولهذا السبب سيدعي الركاب أن القارب أبحر في ب، ليس في أ.

عندما نندفع مع الأرض في مدارها، نلتقي بأشعة نجم ما، فإننا نحكم على مكان منشأ هذه الأشعة بشكل غير صحيح كما يخطئ الركاب المذكورون أعلاه في تحديد مكان مغادرة القارب الثاني . ولذلك، تبدو لنا جميع النجوم وكأنها تتحرك قليلاً للأمام على طول مسار حركة الأرض. ولكن بما أن سرعة حركة الأرض لا تذكر مقارنة بسرعة الضوء (أقل بـ 10000 مرة)، فإن هذه الحركة ضئيلة للغاية ولا يمكن اكتشافها إلا بمساعدة الأجهزة الفلكية الأكثر دقة. وتسمى هذه الظاهرة "انحراف الضوء".

أرز. 6. ركاب السفينة ( أ) يبدو وكأنه قارب ( ب) يطفو من نقطة ب.

ولكن دعونا نعود إلى مشكلة الباخرة والقارب التي نوقشت أعلاه.

إذا كنت مهتما بمثل هذه الظواهر، فحاول، دون تغيير شروط المشكلة السابقة، الإجابة على الأسئلة: في أي اتجاه تتحرك السفينة؟ لركاب القوارب؟ إلى أي نقطة على الشاطئ تتجه السفينة بحسب ركابها؟ للإجابة على هذه الأسئلة يجب أن تكون متصلاً بالإنترنت أبناء، كما كان من قبل، متوازي الأضلاع للسرعات. سيُظهر قطرها أنه بالنسبة لركاب القارب، تبدو السفينة البخارية وكأنها تبحر في اتجاه مائل، كما لو كانت على وشك الرسو في نقطة ما على الشاطئ ملقاة (في الشكل 6) إلى اليمين ب.

هل يمكن رفع الإنسان على سبعة أصابع؟

من المحتمل أن يقول أي شخص لم يجرب هذه التجربة من قبل أن رفع شخص بالغ على أصابعك هو أمر جيد مستحيل. وفي الوقت نفسه، يتم ذلك بسهولة وبساطة. يجب أن يشارك في التجربة خمسة أشخاص: اثنان يضعان أصابع السبابة (كلتا اليدين) تحت قدمي الشخص الذي يتم رفعه؛ الاثنان الآخران يدعمان بأصابع السبابة اليد اليمنىمرفقيه. وأخيرا، يضع الخامس له السبابةتحت ذقن الشخص الذي يتم رفعه. ثم عند الأمر: "واحد، اثنان، ثلاثة!" – قام الخمسة جميعهم بالإجماع برفع رفيقهم، دون توتر ملحوظ.

أرز. 7. يمكنك رفع شخص بالغ بسبعة أصابع.

إذا كنت تقوم بهذه التجربة للمرة الأولى، فسوف تندهش من السهولة غير المتوقعة التي يتم بها تنفيذها. وسر هذه السهولة يكمن في القانون تقسيمقوة متوسط ​​وزن الشخص البالغ 170 رطلاً؛ هذه الـ 170 رطلاً تضغط على سبعة أصابع في وقت واحد، لذا فإن كل إصبع يتحمل حوالي 25 رطلاً فقط. من السهل نسبيًا على شخص بالغ رفع مثل هذا الحمل بإصبع واحد.

ارفع إبريقًا من الماء باستخدام القش

تبدو هذه التجربة أيضًا مستحيلة تمامًا للوهلة الأولى. لكننا رأينا للتو مدى الإهمال في الثقة "بالنظرة الأولى".

خذ قشة طويلة وصلبة وقوية وقم بثنيها وإدخالها في إبريق ماء كما هو موضح في الشكل. 8: أن تكون نهايته على جدار الدورق. الآن يمكنك رفعه - ستحمل القشة الدورق.

أرز. 8. دورق ماء معلق على القش.

عند إدخال المصاصة، يجب عليك التأكد من أن الجزء الذي يقع على جدار الدورق مستقيم تمامًا؛ وإلا فإن القشة سوف تنحني وينهار النظام برمته. بيت القصيد هنا هو أن القوة (وزن الدورق) تعمل بدقة في الطولالقش: في الاتجاه الطولي، يتمتع القش بقوة كبيرة، رغم أنه ينكسر بسهولة في الاتجاه العرضي.

من الأفضل أن تتعلم أولاً كيفية إجراء هذه التجربة باستخدام الزجاجة ثم تحاول بعد ذلك فقط تكرارها باستخدام الدورق. نوصي المجربين عديمي الخبرة بوضع شيء ناعم على الأرض، تحسبًا لذلك. الفيزياء علم عظيم، لكن لا داعي لكسر الأوعية...

التجربة التالية مشابهة جدًا للتجربة الموصوفة وتستند إلى نفس المبدأ.

اخترق العملة بإبرة

الصلب أصعب من النحاس، وبالتالي، تحت ضغط معين، يجب أن تخترق إبرة الصلب عملة نحاسية. المشكلة الوحيدة هي أنه عندما تضرب المطرقة الإبرة، فإنها تنحني وتكسرها. ولذلك فمن الضروري ترتيب التجربة بطريقة تمنع الإبرة من الانحناء. يتم تحقيق ذلك بكل بساطة: أدخل الإبرة في الفلين على طول محورها - ويمكنك البدء في العمل. ضع قطعة نقدية (كوبيك) على قطعتين خشبيتين، كما هو موضح في الشكل. 9، ووضع سدادة مع إبرة عليه. بضع ضربات دقيقة وتنكسر العملة. يجب أن يكون فلين التجربة كثيفًا وعاليًا بدرجة كافية.

أرز. 9. الإبرة تخترق العملة النحاسية.

لماذا الأجسام المدببة شائكة؟

هل فكرت يومًا في السؤال: لماذا تخترق الإبرة الأجسام المختلفة بهذه السهولة؟ لماذا يسهل ثقب القماش أو الورق المقوى بإبرة رفيعة ويصعب ثقبه بقضيب سميك؟ في الواقع، في كلتا الحالتين، يبدو أن نفس القوة تعمل.

حقيقة الأمر هي أن القوة ليست هي نفسها. في الحالة الأولى، يتركز كل الضغط على طرف الإبرة، بينما في الحالة الثانية يتم توزيع نفس القوة على مساحة أكبر بكثير من نهاية القضيب. مساحة رأس الإبرة أقل بآلاف المرات من مساحة نهاية القضيب، وبالتالي فإن ضغط الإبرة سيكون أكبر بآلاف المرات من ضغط القضيب - بنفس القوة من عضلاتنا.

بشكل عام، عندما نتحدث عن الضغط، فمن الضروري دائمًا، بالإضافة إلى القوة، أن نأخذ في الاعتبار أيضًا حجم المساحة التي تؤثر عليها هذه القوة. عندما يقال لنا أن شخصا ما يتلقى 600 روبل. الراتب، فنحن لا نعرف بعد ما إذا كان كثيرًا أم قليلاً: نريد أن نعرف - في السنة أم في الشهر؟ وبنفس الطريقة، يعتمد تأثير القوة على ما إذا كانت القوة موزعة على كل بوصة مربعة أو مركزة على 1/100 بوصة مربعة. ملليمتر.

ولنفس السبب تمامًا، فإن السكين الحاد يقطع بشكل أفضل من السكين الباهت.

لذا، فإن الأشياء المسننة تكون شائكة، والسكاكين المسننة تقطع بشكل جيد لأن القوة الهائلة تتركز على رؤوسها وشفراتها.

الباب الثاني
جاذبية. ذراع الرافعة. مقاييس

أعلى المنحدر

لقد اعتدنا على رؤية الأجسام الثقيلة تتدحرج على مستوى مائل، لدرجة أن مثال الجسم الذي يتدحرج بحرية إلى أعلى على طوله يبدو للوهلة الأولى وكأنه معجزة. ومع ذلك، لا يوجد شيء أسهل من ترتيب مثل هذه المعجزة الخيالية. خذ شريطًا من الورق المقوى المرن، وقم بثنيه على شكل دائرة وألصق الأطراف معًا - وستحصل على حلقة من الورق المقوى. قم بلصق عملة معدنية ثقيلة، مثل قطعة الخمسين كوبيك، داخل هذه الحلقة بالشمع. الآن ضع هذه الحلقة عند قاعدة اللوحة المائلة بحيث تكون العملة أمام نقطة الارتكاز في الأعلى. قم بتحرير الحلقة وسوف تتدحرج إلى أعلى المنحدر من تلقاء نفسها (انظر الشكل 10).

أرز. 10. الخاتم يلتف من تلقاء نفسه.

السبب واضح: العملة، بسبب وزنها، تميل إلى احتلال أدنى موضع في الحلقة، ولكنها تتحرك مع الحلقة، وبالتالي تجبرها على التدحرج لأعلى.

إذا كنت ترغب في تحويل التجربة إلى نقطة محورية وإبهار ضيوفك، فأنت بحاجة إلى تنظيمها بشكل مختلف قليلاً. قم بإرفاق جسم ثقيل بالجانب الداخلي لصندوق قبعة دائري فارغ؛ بعد ذلك، بعد إغلاق الصندوق ووضعه بشكل صحيح في منتصف اللوحة المائلة، اسأل الضيوف: أين سيتدحرج الصندوق إذا لم يتم الإمساك به - لأعلى أو لأسفل؟ وبطبيعة الحال، سيقول الجميع بالإجماع أنه قد سقط، وسوف يندهشون تمامًا عندما يُطوى الصندوق أمام أعينهم. بالطبع، لا ينبغي أن يكون إمالة اللوحة كبيرًا جدًا بالنسبة لهذا الغرض.

فيرستا هي وحدة روسية لقياس المسافة وتساوي خمسمائة قامة أو 1066.781 مترًا. - تقريبا. إد.

القدم – (القدم الإنجليزية – القدم) – وحدة قياس المسافة البريطانية والأمريكية والروسية القديمة، وتساوي 30.48 سنتيمترًا. غير مدرج في نظام SI. - تقريبا. إد.

بوصة - (من الدوم الهولندي - إبهام) – الاسم الروسيلوحدة المسافة في بعض الأنظمة الأوروبية غير المترية، عادةً ما تساوي 1/12 أو 1/10 ("البوصة العشرية") قدم البلد المقابل. تم إدخال كلمة بوصة إلى اللغة الروسية بواسطة بيتر الأول في بداية القرن الثامن عشر. اليوم، غالبًا ما تُفهم البوصة على أنها بوصة إنجليزية، أي ما يعادل 2.54 سم بالضبط. - تقريبا. إد.

الكتاب التالي لـ Ya.I. Perelman، الذي تم لفت انتباهك إليه، يحتوي على مفارقات ومشاكل وتجارب وأسئلة معقدة وقصص من مجال الفيزياء، تتعلق بمجموعة من الظواهر اليومية أو مأخوذة من أعمال الخيال العلمي المعروفة. ليس الغرض من الكتاب نقل المعرفة الجديدة للقارئ، بل مساعدته على إحياء ما لديه بالفعل، وإثارة نشاط الخيال العلمي. يتم عرض الأشياء المألوفة والظواهر المألوفة من جانب جديد غير متوقع. المفارقات تثير الفضول. يتم توضيح مبادئ العلم بأمثلة من الحياة اليومية، من خيالي، من عالم التكنولوجيا الحديثة إلى المؤلف. تتم معالجة التحيزات الشائعة. يتم استخدام مقارنات وتجارب وألعاب وحيل مذهلة. يتم وضع المتعة والفضول في خدمة التعلم.

الكتاب مخصص لطلاب المدارس الثانوية والأفراد المشاركين في التعليم الذاتي.

يمكنك على موقعنا تنزيل كتاب "الفيزياء الترفيهية. كتاب 1" لبيرلمان ياكوف إيزيدوروفيتش مجانًا وبدون تسجيل بتنسيق fb2 وrtf وepub وpdf وtxt أو قراءة الكتاب عبر الإنترنت أو شراء الكتاب من المتجر عبر الإنترنت.

يا.بيرلمان

الفيزياء مسلية

من المحرر

الطبعة المقترحة من "الفيزياء المسلية" بقلم Ya.I. يكرر بيرلمان الكلمات الأربعة السابقة. عمل المؤلف على الكتاب لسنوات عديدة، وقام بتحسين النص واستكماله، ولآخر مرة خلال حياة المؤلف نُشر الكتاب في عام 1936 (الطبعة الثالثة عشرة). عند إصدار الطبعات اللاحقة، لم يحدد المحررون مراجعة جذرية للنص أو إضافات مهمة كهدفهم: اختار المؤلف المحتوى الرئيسي لكتاب "الفيزياء المسلية" بطريقة تجعله، أثناء توضيح وتعميق المعلومات الأساسية من الفيزياء، لم يعد قديمًا حتى يومنا هذا. بالإضافة إلى ذلك، بعد عام 1936 لقد مر الكثير بالفعل لدرجة أن الرغبة في عكس أحدث إنجازات الفيزياء كانت ستؤدي إلى زيادة كبيرة في الكتاب وتغيير "وجهه". على سبيل المثال، لم يعد نص المؤلف حول مبادئ الرحلات الفضائية قديما، وهناك بالفعل الكثير من المواد الواقعية في هذا المجال بحيث لا يمكن توجيه القارئ إلا إلى كتب أخرى مخصصة لهذا الموضوع على وجه التحديد.

نُشرت الطبعتان الرابعة عشرة والخامسة عشرة (1947 و 1949) تحت رئاسة الأستاذ. أ.ب ملودزيفسكي. شارك أستاذ مشارك في إعداد الطبعة السادسة عشرة (1959 – 1960). في.أ.أوغاروف. عند تحرير جميع المنشورات المنشورة بدون مؤلف، تم استبدال الأرقام القديمة فقط، وتمت إزالة المشاريع التي لم تبرر نفسها، وتم إجراء الإضافات والملاحظات الفردية.

في هذا الكتاب، يسعى المؤلف ليس كثيرًا لنقل المعرفة الجديدة إلى القارئ، بل لمساعدته على "اكتشاف ما يعرفه"، أي لتعميق وإحياء المعلومات الأساسية التي لديه بالفعل من الفيزياء، وتعليمه كيفية القيام بذلك. لإدارته بوعي وتشجيعه على استخدامه بعدة طرق. يتم تحقيق ذلك من خلال فحص سلسلة متنوعة من الألغاز والأسئلة المعقدة والقصص المسلية والمشاكل المسلية والمفارقات والمقارنات غير المتوقعة من مجال الفيزياء، المتعلقة بالظواهر اليومية أو المستمدة من أعمال الخيال العلمي المعروفة. استخدم المترجم النوع الأخير من المواد على نطاق واسع بشكل خاص، معتبرًا أنه الأكثر صلة بأغراض المجموعة: بالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم مقتطفات من روايات وقصص جول فيرن وويلز ومارك توين وآخرين لإغراءها، يمكن أيضًا أن تلعب دورًا مهمًا في جودة التدريس عند التدريس بالرسوم التوضيحية الحية.

حاول المترجم، بقدر ما يستطيع، إعطاء العرض التقديمي شكلاً مثيرًا للاهتمام ظاهريًا ونقل جاذبية الموضوع. لقد كان يسترشد بالمبدأ النفسي القائل بأن الاهتمام بموضوع ما يزيد من الاهتمام، ويسهل الفهم، وبالتالي يساهم في الاستيعاب الأكثر وعيًا ودائمًا.

على عكس العادة المتبعة لهذا النوع من المجموعات، في "فيزياء مسلية" يتم تخصيص مساحة صغيرة جدًا لوصف التجارب الفيزيائية المضحكة والمذهلة. هذا الكتاب له غرض مختلف عن المجموعات التي تقدم مواد للتجريب. الهدف الرئيسي"الفيزياء الترفيهية" - لإثارة نشاط الخيال العلمي، وتعويد القارئ على التفكير بروح العلوم الفيزيائية وإنشاء العديد من جمعيات المعرفة الفيزيائية في ذاكرته مع ظواهر الحياة الأكثر تنوعًا، مع كل ما هو عليه عادة ما يتلامس. الموقف الذي حاول المترجم الالتزام به عند مراجعة الكتاب، قدمه لينين بالكلمات التالية: "الكاتب الشعبي يقود القارئ إلى تفكير عميق، إلى تعليم عميق، يعتمد على أبسط البيانات المعروفة عمومًا، مشيرًا إلى ذلك". الخروج بمساعدة المنطق البسيط أو الأمثلة الرئيسية المختارة جيدًا الاستنتاجاتمن هذه البيانات، مما يقود القارئ المفكر إلى المزيد والمزيد من الأسئلة. الكاتب الشعبي لا يفترض أن القارئ لا يفكر، لا يريد، أو لا يستطيع أن يفكر، على العكس من ذلك، فهو يفترض في القارئ غير المتطور نية جادة للعمل برأسه و يساعدللقيام بهذا العمل الجاد والشاق، يرشده، ويساعده على اتخاذ خطواته الأولى تعليمتحرك بمفردك" [V. أنا لينين. مجموعة المرجع السابق. 4، المجلد 5، ص 285.].

ونظراً لاهتمام القراء بتاريخ هذا الكتاب، فإننا نقدم بعض المعلومات الببليوغرافية عنه.

"وُلدت" "الفيزياء المسلية" قبل ربع قرن من الزمان وكانت المولود الأول في عائلة الكتب الكبيرة لمؤلفها، والتي يبلغ عدد أعضائها الآن عدة عشرات.

لقد كانت "الفيزياء المسلية" محظوظة بما فيه الكفاية لتتغلغل - كما تشهد رسائل القراء - إلى أبعد أركان الاتحاد.

إن التوزيع الكبير للكتاب، الذي يشهد على الاهتمام الشديد لدوائر واسعة بالمعرفة الجسدية، يفرض على المؤلف مسؤولية جدية عن جودة مواده. إن الوعي بهذه المسؤولية يفسر التغييرات والإضافات العديدة على نص "الفيزياء المسلية" خلال الطبعات المتكررة. يمكن القول أن الكتاب قد كتب خلال 25 عامًا من وجوده. في الطبعة الأخيرة، بالكاد تم الحفاظ على نصف نص الطبعة الأولى، ولم يتم الحفاظ على أي من الرسوم التوضيحية تقريبًا.

تلقى المؤلف طلبات من قراء آخرين بالامتناع عن مراجعة النص، حتى لا يضطروا إلى "شراء كل طبعة جديدة بسبب عشرات الصفحات الجديدة". من الصعب أن تعفي مثل هذه الاعتبارات المؤلف من التزامه بتحسين عمله بكل الطرق الممكنة. "الفيزياء الترفيهية" ليست كذلك قطعة من الفنوالمقال علمي رغم شعبيته. موضوعه - الفيزياء - حتى في أسسه الأولية يتم إثراءه باستمرار بمواد جديدة، ويجب على الكتاب أن يدرجه بشكل دوري في نصه.

من ناحية أخرى، كثيرا ما نسمع اللوم على أن "الفيزياء الترفيهية" لا تكرس مساحة لموضوعات مثل أحدث التطورات في تكنولوجيا الراديو، وانشطار النواة الذرية، والنظريات الفيزيائية الحديثة، وما إلى ذلك. واللوم من هذا النوع هو ثمرة سوء فهم. "الفيزياء الترفيهية" لها هدف محدد للغاية؛ النظر في هذه القضايا هو مهمة الأعمال الأخرى.

ويحتوي كتاب "الفيزياء المسلية"، بالإضافة إلى كتابها الثاني، على عدة أعمال أخرى لنفس المؤلف. أحدهما مخصص للقارئ غير المستعد نسبيًا والذي لم يبدأ بعد الدراسة المنهجية للفيزياء، وعنوانه "الفيزياء في كل خطوة" (نشرته "ديتيزدات"). أما الاثنان الآخران، على العكس من ذلك، فيشيران إلى أولئك الذين أكملوا بالفعل دورة الفيزياء في المدرسة الثانوية. هذه هي "الميكانيكا المسلية" و"هل تعرف الفيزياء؟". الكتاب الأخيرهو كما لو كان الانتهاء من "الفيزياء الترفيهية".

1936 يا بيرلمان

الفصل الأول. سرعة. إضافة الحركات.

ما مدى سرعة تحركنا؟

العداء الجيد يقطع مسافة رياضية 1.5 كيلومتر في حوالي 3 دقائق. 50 ثانية. (الرقم القياسي العالمي 1958 - 3 دقائق و 36.8 ثانية). للمقارنة مع سرعة المشاة المعتادة - 1.5 متر في الثانية - تحتاج إلى إجراء عملية حسابية صغيرة؛ ثم يتبين أن الرياضي يركض بسرعة 7 أمتار في الثانية، ومع ذلك، فإن هذه السرعات ليست قابلة للمقارنة تمامًا: يمكن للمشاة أن يمشي لفترة طويلة لساعات، ويقطع مسافة 5 كيلومترات في الساعة، لكن الرياضي قادر على الحفاظ على مسافة كبيرة. السرعة فقط لفترة قصيرة. تتحرك وحدة المشاة العسكرية بسرعة أبطأ بثلاث مرات من صاحب الرقم القياسي؛ إنها تقطع مسافة مترين في الثانية، أو أكثر من 7 كيلومترات في الساعة، ولكنها تتمتع بميزة على الرياضي تتمثل في قدرتها على إجراء تحولات أكبر بكثير.

من المثير للاهتمام مقارنة المشية الطبيعية للإنسان بسرعة الحيوانات البطيئة التي يضرب بها المثل مثل الحلزون أو السلحفاة. الحلزون يرقى إلى مستوى السمعة المنسوبة إليه بالقول: إنه يتحرك بسرعة 1.5 ملم في الثانية، أو 5.4 متر في الساعة - أي أقل ألف مرة بالضبط من حركة الإنسان! هناك حيوان بطيء كلاسيكي آخر، وهو السلحفاة، وهي ليست أسرع بكثير من الحلزون: إذ تبلغ سرعتها المعتادة 70 مترًا في الساعة.

رشيقًا بجانب الحلزون والسلحفاة، سيظهر الشخص أمامنا في ضوء مختلف إذا قارنا حركته بحركات أخرى، حتى ليست سريعة جدًا الطبيعة المحيطة. صحيح أنها تتفوق بسهولة على تدفق المياه في معظم الأنهار المنخفضة ولا تتخلف كثيرًا عن الرياح المعتدلة. لكن يمكن لأي شخص أن يتنافس بنجاح مع ذبابة تطير بسرعة 5 أمتار في الثانية فقط على الزلاجات. لا يمكن لأي شخص أن يقود أرنبًا أو كلب صيد حتى على ظهر حصان. لا يمكن لأي شخص أن ينافس النسر في السرعة إلا على متن الطائرة.