Expériences de physique intéressantes pour les enfants. Physique divertissante

Oui. I. Perelman

Physique divertissante

DE L'ÉDITEUR

L'édition proposée de « Entertaining Physics » reprend essentiellement les précédentes. Ya. I. Perelman a travaillé sur le livre pendant de nombreuses années, améliorant le texte et le complétant, et en dernière fois Du vivant de l'auteur, le livre a été publié en 1936 (treizième édition). Lors de la publication des éditions ultérieures, les éditeurs ne se sont pas fixés pour objectif une révision radicale du texte ou des ajouts significatifs : l'auteur a sélectionné le contenu principal de « Entertaining Physics » de telle manière que, tout en illustrant et en approfondissant les informations de base de la physique, il n'est pas démodé à ce jour. De plus, depuis 1936, tant de temps s'est écoulé que le désir de refléter les dernières avancées de la physique aurait conduit à une augmentation significative du livre et à un changement de son « visage ». Par exemple, le texte de l’auteur sur les principes du vol spatial n’est pas dépassé, et il existe déjà tellement d’éléments factuels dans ce domaine qu’on ne peut que renvoyer le lecteur à d’autres livres spécifiquement consacrés à ce sujet. Les quatorzième et quinzième éditions (1947 et 1949) ont été publiées sous la direction du prof. A. B. Mlodzeevsky. Professeur agrégé a participé à la préparation de la seizième édition (1959-1960). V.A. Ougarov. Lors de l'édition de toutes les publications publiées sans auteur, les chiffres obsolètes ont seulement été remplacés, les projets qui ne se justifiaient pas ont été supprimés et des ajouts et des notes individuels ont été effectués.

Ce livre est une collection indépendante qui n'est pas une continuation directe du premier livre de Entertaining Physics. Le succès du premier recueil a incité l'auteur à traiter le reste du matériel qu'il avait accumulé, et c'est ainsi que ce deuxième, ou plutôt un autre livre, couvrant les mêmes départements de physique, a été compilé.

Dans le livre proposé, comme dans le premier, le compilateur ne s'efforce pas tant de transmettre de nouvelles connaissances que de raviver et de rafraîchir les informations les plus simples sur la physique dont dispose déjà le lecteur. Le but du livre est de stimuler l’activité de l’imagination scientifique, d’apprendre à penser dans l’esprit de la physique et de développer l’habitude d’une application polyvalente de ses connaissances. Par conséquent, dans « Entertaining Physics », la description d’expériences spectaculaires occupe une place secondaire ; des énigmes physiques, des problèmes intéressants, des paradoxes instructifs, des questions complexes, des comparaisons inattendues du terrain apparaissent phénomènes physiques etc. À la recherche d'un tel matériel, le compilateur se tourne vers l'éventail des phénomènes de la vie quotidienne, vers le domaine de la technologie, vers la nature, vers les pages de romans de science-fiction - en un mot, vers tout ce qui, étant en dehors du manuel et classe de physique, peut attirer l'attention du lecteur curieux.

Destiné au livre non pas à l'étude, mais à la lecture, le compilateur a essayé, dans la mesure de ses possibilités, de donner à l'imposition une forme extérieurement intéressante, basée sur le fait que l'intérêt pour le sujet augmente l'attention, améliore le travail de pensée et, par conséquent. , contribue à une assimilation plus consciente. Pour raviver l'intérêt pour les calculs physiques, certains articles de cette collection ont introduit du matériel informatique (ce qui n'était presque pas fait dans le premier livre). En général, cette collection de sélection de matériaux est destinée à un lecteur légèrement plus préparé que le premier livre de « Entertaining Physics », bien que la différence à cet égard entre les deux livres soit si insignifiante qu'ils peuvent être lus dans n'importe quel ordre et indépendamment l'un de l'autre. un autre. Le troisième livre « La physique divertissante n'existe pas. Au lieu de cela, son auteur a compilé les livres suivants : « Entertaining Mechanics », « Do You Know Physics ? et, en outre, un livre distinct consacré à l’astronomie : « Entertaining Astronomy ».

1936 Y. Perelman

Chapitre premier

LOIS FONDAMENTALES DE LA MÉCANIQUE

Le moyen le moins cher de voyager

L'écrivain français plein d'esprit du XVIIe siècle, Cyrano de Bergerac, dans son satirique «Histoire des États sur la Lune» (1652), parle, entre autres, d'un incident aussi étonnant qui lui serait arrivé. Alors qu'il se livrait à des expériences physiques, il fut un jour, de manière incompréhensible, soulevé dans les airs avec ses flacons. Quand, au bout de quelques heures, il réussit à redescendre au sol, alors, à son grand étonnement, il se retrouva non plus dans sa France natale et même pas en Europe, mais sur le continent. Amérique du Nord, Au Canada! Votre vol inattendu à travers océan Atlantique l'écrivain français trouve pourtant cela tout à fait naturel. Il l'explique par le fait que, même si le voyageur involontaire était séparé de la surface de la terre, notre planète a continué à tourner vers l’est comme auparavant ; C’est pourquoi, lorsqu’il a coulé, c’est le continent américain qui était sous ses pieds au lieu de la France.

Il semblerait que ce soit une façon simple et bon marché de voyager ! Il suffit de s'élever au-dessus de la Terre et de rester dans les airs au moins quelques minutes pour descendre dans un endroit complètement différent, loin à l'Ouest. Au lieu d'entreprendre de fastidieux voyages à travers les continents et les océans, vous pouvez rester immobile au-dessus de la Terre et attendre qu'elle offre elle-même une destination au voyageur.

Malheureusement, cette méthode étonnante n’est qu’un fantasme. Premièrement, étant élevés dans les airs, nous ne sommes, par essence, pas encore séparés du globe : nous restons connectés à sa coque gazeuse, suspendue dans son atmosphère, qui participe également à la rotation de la Terre autour de son axe. L'air (ou plutôt ses couches inférieures et plus denses) tourne avec la Terre, emportant avec lui tout ce qu'il contient : les nuages, les avions, tous les oiseaux volants, les insectes, etc. Si l'air ne participait pas à la rotation du globe , alors , debout sur Terre, nous ressentirions constamment un vent fort, en comparaison duquel le plus terrible ouragan ressemblerait à une douce brise). Après tout, cela ne fait absolument aucune différence que nous restions immobiles et que l'air passe devant nous, ou qu'au contraire, l'air soit immobile et que nous nous déplacions dedans ; dans les deux cas, nous ressentons la même chose vent fort. Un motocycliste se déplaçant à une vitesse de 100 km/h ressent un fort vent contraire même par temps complètement calme.

Figure 1. Est-il possible de voir comment le globe tourne à partir d'un ballon ? (Le chiffre n'est pas à l'échelle.)

C'est la première chose. Deuxièmement, même si nous pouvions nous élever jusqu'aux couches les plus élevées de l'atmosphère, ou si la Terre n'était pas du tout entourée d'air, nous ne pourrions pas profiter de ce moyen de transport bon marché dont rêvait le satiriste français. En fait, en nous séparant de la surface de la Terre en rotation, nous continuons à nous déplacer par inertie à la même vitesse, c'est-à-dire à la même vitesse que la Terre se déplace au-dessous de nous. Lorsque nous redescendons, nous nous retrouvons à l'endroit même dont nous étions auparavant séparés, tout comme, après avoir sauté dans le wagon d'un train en marche, nous retournons à notre place originelle. Certes, nous nous déplacerons par inertie en ligne droite (tangentiellement), et la Terre en dessous de nous se déplacera en arc de cercle ; mais pendant de courtes périodes, cela ne change rien.

"Terre, arrête !"

Le célèbre écrivain anglais Herbert Wells raconte une histoire fantastique sur la façon dont un certain employé a fait des miracles. Un jeune homme très borné, par la volonté du destin, s'est avéré être le propriétaire d'un cadeau étonnant : dès qu'il exprimait un souhait, celui-ci était immédiatement exaucé. Cependant, il s'est avéré que ce cadeau tentant n'a apporté que des ennuis à son propriétaire ni à d'autres personnes. La fin de cette histoire est instructive pour nous.

Après une longue nuit de beuverie, le clerc aux miracles, craignant de rentrer à la maison à l'aube, décida d'utiliser son don pour prolonger la nuit. Comment faire? Nous devons ordonner aux luminaires du ciel d’arrêter leur course. L'employé n'a pas immédiatement décidé d'un exploit aussi extraordinaire, et lorsqu'un ami lui a conseillé d'arrêter la Lune, il l'a regardée attentivement et a dit pensivement :

« - Il me semble qu'elle est trop loin pour ça... Qu'en penses-tu ?

Mais pourquoi ne pas essayer ? - a insisté Meydig (c'était le nom de son ami - Ya.P.). - Bien sûr, cela ne s'arrêtera pas, vous arrêterez seulement la rotation de la Terre. J'espère que cela ne fera de mal à personne !

Hm », a déclaré Fotheringay (employé – Ya.P.), « D'accord, je vais essayer. » Bien…

Il se tenait dans une pose autoritaire, tendit les mains vers le monde et dit solennellement :

Terre, arrête ! Arrêtez de tourner ! Avant qu'il n'ait eu le temps de terminer ces mots, les amis volaient déjà dans l'espace à une vitesse de plusieurs dizaines de kilomètres par minute.

Malgré cela, il continuait à réfléchir. En moins d’une seconde il eut le temps de réfléchir et de s’exprimer le souhait suivant :

Quoi qu’il arrive, puissé-je être vivant et indemne !

Il est impossible de ne pas admettre que ce désir a été exprimé au bon moment. Encore quelques secondes - et il tomba sur de la terre fraîchement creusée, et autour de lui, sans lui faire de mal, des pierres, des fragments de bâtiments et des objets métalliques de toutes sortes se précipitèrent ; Une malheureuse vache volait également, s'écrasant lorsqu'elle toucha le sol. Le vent soufflait avec une force terrible ; il ne pouvait même pas lever la tête pour regarder autour de lui.

« Incompréhensible », s'est-il exclamé d'une voix brisée. - Ce qui s'est passé? Tempête, ou quoi ? Je dois avoir fait quelquechose de mal.

Après avoir regardé autour de lui aussi loin que le vent et les pans flottants de sa veste le lui permettaient, il poursuivit :

Tout semble en ordre dans le ciel. Voici la Lune. Eh bien, et tout le reste... Où est la ville ? Où sont les maisons et les rues ? D'où vient le vent ? Je n'ai pas ordonné qu'il y ait du vent.

Fotheringay a essayé de se relever, mais cela s'est avéré complètement impossible, et il s'est donc avancé à quatre pattes, en s'accrochant aux rochers et aux rebords du sol. Cependant, il n'y avait nulle part où aller, car, aussi loin que l'on pouvait voir sous les pans de la veste, jetés par le vent sur la tête du sorcier reptile, tout autour n'était qu'une image de destruction.

Quelque chose dans l’univers a sérieusement mal tourné, pensa-t-il, et on ne sait pas exactement ce qu’il en est.

Ça a vraiment mal tourné. Pas de maisons, pas d’arbres, pas d’êtres vivants d’aucune sorte – rien n’était visible. Il ne restait que des ruines informes et des fragments divers, à peine visibles au milieu de tout un ouragan de poussière.

Le coupable de tout cela ne comprenait bien sûr pas ce qui se passait. Et pourtant c’était expliqué très simplement. Ayant immédiatement arrêté la Terre, Fotheringay n'a pas pensé à l'inertie, et pourtant, avec un arrêt soudain du mouvement circulaire, il jetterait inévitablement tout ce qui se trouvait dessus depuis la surface de la Terre. C'est pourquoi les maisons, les personnes, les arbres, les animaux - en général, tout ce qui n'était pas inextricablement lié à la masse principale du globe volait tangentiellement à sa surface à la vitesse d'une balle. Et puis tout est retombé sur Terre, se brisant en morceaux.

Fotheringay s'est rendu compte que le miracle qu'il avait accompli n'avait pas été particulièrement réussi. C’est pourquoi il fut envahi par un profond dégoût pour toutes sortes de miracles et il se promit de ne plus les accomplir. Mais il fallait d’abord remédier aux problèmes qu’il avait causés. Ce problème s’est avéré non négligeable. La tempête faisait rage, des nuages ​​de poussière recouvraient la Lune, et au loin on entendait le bruit de l'eau qui s'approchait ; À la lumière des éclairs, Fotheringhay vit tout un mur d'eau se déplacer à une vitesse terrible vers l'endroit où il gisait. Il est devenu décisif.

Arrêt! - cria-t-il en se tournant vers l'eau. - Pas un pas de plus !

Puis il répéta le même ordre au tonnerre, aux éclairs et au vent.

Tout était calme. Il s'accroupit et réfléchit.

Comment cela ne pourrait-il pas provoquer à nouveau une sorte de chaos, pensa-t-il avant de dire : « Premièrement, lorsque tout ce que je commande maintenant sera accompli, puissé-je perdre la capacité de faire des miracles et d’être pareil aux gens ordinaires. » Pas besoin de miracles. Un jouet trop dangereux. Et deuxièmement, que tout soit pareil : la même ville, les mêmes gens, les mêmes maisons, et moi-même je suis le même qu'alors.

Lettre d'un avion

Imaginez que vous êtes dans un avion volant rapidement au-dessus du sol. Vous trouverez ci-dessous des lieux familiers. Vous allez maintenant survoler la maison où habite votre ami. "Ce serait bien de lui envoyer mes salutations", vous vient à l'esprit. Vous écrivez rapidement quelques mots sur un morceau de papier de cahier, attachez la note à un objet lourd, que nous appellerons plus tard « cargo », et, après avoir attendu le moment où la maison se trouve juste sous vous, vous libérez la cargaison de tes mains.

Bien entendu, vous êtes pleinement sûr que la charge tombera dans le jardin de la maison. Mais cela va dans la mauvaise direction, même si le jardin et la maison se trouvent juste en dessous de chez vous !

En le regardant tomber de l'avion, vous verriez un phénomène étrange : la charge descend, mais en même temps continue de rester sous l'avion, comme si elle glissait sur quelque chose qui y était attaché. fil invisible. Et lorsque la charge atteindra le sol, elle sera bien en avance sur l'endroit que vous avez prévu.

La même loi d'inertie se manifeste ici, qui nous empêche de profiter des conseils alléchants du voyage à la manière de Bergerac. Pendant que la cargaison était dans l'avion, elle se déplaçait avec la voiture. Vous l'avez laissé partir. Mais, après s'être séparée de l'avion et en tombant, la cargaison ne perd pas sa vitesse d'origine, mais, en tombant, continue en même temps de se déplacer dans les airs dans la même direction. Les deux mouvements, verticaux et horizontaux, s'additionnent et, par conséquent, la charge vole le long d'une ligne courbe, restant tout le temps sous l'avion (à moins, bien sûr, que l'avion lui-même change de direction ou de vitesse de vol). La charge vole, en substance, de la même manière qu'un corps lancé horizontalement vole, par exemple une balle lancée par un pistolet dirigé horizontalement : le corps décrit une trajectoire arquée, se terminant finalement sur le sol.

Notez que tout ce qui est dit ici serait absolument vrai s’il n’y avait pas de résistance de l’air. En fait, cette résistance ralentit à la fois le mouvement vertical et horizontal de la cargaison, de sorte que la cargaison ne reste pas tout le temps directement sous l'avion, mais est quelque peu en retard par rapport à lui.

L'écart par rapport au fil à plomb peut être très important si l'avion vole haut et à grande vitesse. Par temps calme, une charge tombant d'un avion volant à une vitesse de 100 km/h à une altitude de 1 000 m tombera 400 mètres devant un endroit situé verticalement sous l'avion (Fig. 2).

Le calcul (si l'on néglige la résistance de l'air) est simple. De la formule du chemin avec un mouvement uniformément accéléré

nous l'obtiendrons

Cela signifie que d'une hauteur de 1000 m, une pierre doit tomber

soit 14 secondes.

Pendant ce temps, il aura le temps de se déplacer horizontalement en

Bombardement

Après ce qui a été dit, il devient clair à quel point la tâche d'un pilote militaire chargé de larguer une bombe à un certain endroit est difficile : il doit prendre en compte la vitesse de l'avion, l'influence de l'air sur le corps qui tombe. , et, en plus, la vitesse du vent. En figue. La figure 3 représente schématiquement les différentes trajectoires décrites par une bombe larguée dans certaines conditions. S'il n'y a pas de vent, la bombe larguée se trouve le long de la courbe AP ; pourquoi il en est ainsi - nous l'avons expliqué ci-dessus. Avec un vent arrière, la bombe est poussée vers l'avant et se déplace. le long de la courbe AG. Avec un vent de face de force modérée, la bombe tombe le long de la courbe AD si le vent au dessus et en dessous sont les mêmes si, comme cela arrive souvent, le vent en dessous a la direction opposée au vent d'altitude (vent de face au sommet, vent arrière au sommet) ; en bas), la courbe de chute change d'apparence et prend la forme d'un trait A E.

Figure 2. Une charge lancée depuis un avion en vol ne tombe pas verticalement, mais le long d'une courbe.

Figure 3. La trajectoire le long de laquelle tombent les bombes larguées depuis un avion. AR - par temps calme ; AG - avec un vent arrière, AD - avec un vent contraire, AE - avec un vent contraire en haut et un vent arrière en bas.

Chemin de fer sans escale

Lorsque vous vous trouvez sur un quai de gare à l'arrêt et qu'un train de messagerie passe devant, sauter dans le wagon alors qu'il est en mouvement est bien sûr délicat. Mais imaginez que le quai en dessous de vous se déplace également, à la même vitesse et dans la même direction que le train. Sera-t-il alors difficile pour vous de monter dans la voiture ?

Pas du tout : vous entrerez aussi calmement que si la voiture était à l'arrêt. Puisque vous et le train vous déplacez dans la même direction à la même vitesse, le train par rapport à vous est complètement au repos. Certes, ses roues tournent, mais il vous semblera qu'elles tournent sur place. À proprement parler, tous les objets que nous considérons habituellement comme stationnaires - par exemple, un train stationné dans une gare - se déplacent avec nous autour de l'axe du globe et autour du Soleil ; cependant, en pratique, nous pouvons ignorer ce mouvement, car il ne nous dérange pas du tout.

Par conséquent, il est tout à fait envisageable de faire en sorte que le train, passant par les gares, prenne et dépose des passagers à toute vitesse, sans s'arrêter. Des dispositifs de ce type sont souvent installés lors d'expositions pour permettre au public de visualiser rapidement et facilement leurs attractions réparties sur une vaste zone. Les points extrêmes de l'espace d'exposition, comme un ruban sans fin, sont reliés par une voie ferrée ; Les passagers peuvent entrer et sortir des wagons à tout moment et n'importe où pendant que le train roule à pleine vitesse.

Ce curieux dispositif est représenté dans les dessins annexés. En figue. 4 lettres A et B marquent les stations les plus éloignées. À chaque station se trouve une plate-forme fixe ronde entourée d'un grand disque rotatif en forme d'anneau. Une corde entoure les disques rotatifs des deux stations, auxquels sont attachées les voitures. Regardez maintenant ce qui se passe lorsque le disque tourne. Les voitures tournent autour des disques à la même vitesse que leurs bords extérieurs tournent ; ainsi, les passagers peuvent passer des disques aux wagons sans le moindre danger ou, au contraire, descendre du train. Après être sorti de la voiture, le passager marche le long du disque rotatif jusqu'au centre du cercle jusqu'à atteindre une plate-forme fixe ; et il n'est plus difficile de passer du bord intérieur du disque mobile à la plateforme fixe, puisqu'ici, avec un petit rayon de cercle, la vitesse périphérique est également très faible). Arrivé à la plate-forme fixe interne, le passager ne peut traverser le pont que jusqu'au sol situé à l'extérieur de la voie ferrée (Fig. 5).

Figure 4. Schéma d'un chemin de fer sans escale entre les gares A et B. La structure de la gare est représentée dans la figure suivante.

Figure 5. Gare ferroviaire sans escale.

L'absence d'arrêts fréquents entraîne d'énormes économies de temps et de consommation d'énergie. Dans les tramways urbains, par exemple, la plupart de le temps et près des deux tiers de toute l'énergie sont consacrés à l'accélération progressive du mouvement à la sortie de la gare et à la décélération à l'arrêt).

Dans les gares, il serait même possible de se passer de plates-formes mobiles spéciales afin de recevoir et de débarquer les passagers pendant que le train roule à pleine vitesse. Imaginez qu'un train express passe devant une gare stationnaire ordinaire ; nous souhaitons qu'il accepte de nouveaux passagers ici sans s'arrêter. Pour l'instant, laissez ces passagers prendre place dans un autre train stationné sur une voie parallèle libre, et laissez ce train commencer à avancer, développant la même vitesse que le train express. Lorsque les deux trains seront côte à côte, ils seront immobiles l'un par rapport à l'autre : il suffit de jeter le pont qui relierait les wagons des deux trains, et les passagers du train auxiliaire pourront passer en toute sécurité au train de messagerie. . Les arrêts dans les gares deviendront, comme vous le voyez, inutiles.

Trottoirs mobiles

Un autre dispositif, jusqu’ici utilisé uniquement lors d’expositions, repose sur le principe de la relativité du mouvement : ce qu’on appelle les « trottoirs roulants ». Ils ont été mis en œuvre pour la première fois lors d'une exposition à Chicago en 1893, puis à l'Exposition universelle de Paris en 1900. Voici un dessin d'un tel dispositif (Fig. 6). Vous voyez cinq voies-trottoirs fermés, se déplaçant grâce à un mécanisme spécial, les uns dans les autres à des vitesses différentes.

La voie la plus à l'extérieur va assez lentement - à une vitesse de seulement 5 km par heure ; C'est la vitesse normale d'un piéton, et il n'est pas difficile d'entrer dans une voie aussi lente. A côté, à l'intérieur, une deuxième voie circule à une vitesse de 10 km/h. Sauter dessus directement depuis une rue stationnaire serait dangereux, mais sauter dessus depuis la Une ne coûte rien. En effet : par rapport à cette première bande, rampant à une vitesse de 5 km, la seconde, courant à une vitesse de 10 km/h, ne fait que 5 km/h ; Cela signifie que passer du premier au second est aussi simple que passer du sol au premier. La troisième voie se déplace déjà à une vitesse de 15 km par heure, mais, bien sûr, il n'est pas difficile d'y passer depuis la deuxième voie. Il est tout aussi facile de passer de la troisième voie à la suivante, la quatrième, en courant à une vitesse de 20 km/h, et, enfin, de là à la cinquième, en roulant déjà à une vitesse de 25 km/h. Cette cinquième voie amène le passager là où il en a besoin ; de là, revenant successivement de bande en bande, il atterrit sur un sol immobile.

Figure 6. Trottoirs mobiles.

Loi difficile

Aucune des trois lois fondamentales de la mécanique ne provoque probablement autant de confusion que la fameuse « troisième loi de Newton » – la loi de l'action et de la réaction. Tout le monde le connaît, sait l’appliquer correctement même dans d’autres cas, et pourtant peu de gens sont exempts de certaines ambiguïtés dans sa compréhension. Peut-être, lecteur, avez-vous eu la chance de le comprendre immédiatement, mais j'avoue que je ne l'ai pleinement compris que dix ans après ma première connaissance avec lui.

Discuter avec par différentes personnes, J'ai été convaincu plus d'une fois que la majorité n'est prête à reconnaître la justesse de cette loi qu'avec des réserves importantes. Ils admettent volontiers que cela est vrai pour les corps immobiles, mais ils ne comprennent pas comment cela peut s'appliquer à l'interaction de corps en mouvement... L'action, dit la loi, est toujours égale et opposée à la réaction. Cela signifie que si un cheval tire une charrette, alors la charrette tire le cheval avec la même force. Mais alors le chariot doit rester en place : pourquoi bouge-t-il encore ? Pourquoi ces forces ne s’équilibrent-elles pas si elles sont égales ?

Telles sont les perplexités habituelles associées à cette loi. Alors la loi est fausse ? Non, il est absolument vrai ; nous le comprenons simplement mal. Les forces ne s’équilibrent pas simplement parce qu’elles s’appliquent à des corps différents : l’un à la charrette, l’autre au cheval. Les forces sont égales, oui, mais des forces égales produisent-elles toujours des effets égaux ? Des forces égales confèrent-elles des accélérations égales à tous les corps ? L’effet d’une force sur un corps ne dépend-il pas du corps, de la quantité de « résistance » que le corps lui-même oppose à la force ?

Si vous y réfléchissez, vous comprendrez pourquoi le cheval traîne la charrette, même si la charrette le tire avec la même force. La force agissant sur la charrette et la force agissant sur le cheval sont égales à chaque instant ; mais comme la charrette se déplace librement sur roues et que le cheval repose sur le sol, on comprend pourquoi la charrette roule vers le cheval. Pensez à ce qui se passerait si le chariot n'avait aucune résistance force motrice des chevaux, alors... on pourrait se passer de cheval : il faudrait que la force la plus faible mette la charrette en mouvement. Le cheval est alors nécessaire pour vaincre l'opposition de la charrette.

Tout cela serait mieux compris et susciterait moins de perplexité si le droit n'était pas exprimé dans les termes habituels. forme abrégée: « l'action est égale à la réaction », et, par exemple, comme ceci : « la force opposée est égale à la force agissante ». Après tout, ici seules les forces sont égales, mais les actions (si l'on entend, comme on l'entend habituellement, par « action d'une force » le mouvement d'un corps) sont généralement différentes, car les forces sont appliquées à des corps différents.

Exactement pareil quand glace polaire ils pressèrent la coque du Chelyuskin, ses flancs appuyés sur la glace avec la même force. Le désastre s'est produit parce que la glace puissante était capable de résister à une telle pression sans s'effondrer ; la coque du navire, bien qu'en acier, mais pas un corps solide, a succombé à cette force, a été écrasée et écrasée. (Plus de détails sur les causes physiques de la mort de « Chelyuskin » sont décrits plus en détail dans un article séparé, à la page 44).

Même la chute des corps obéit strictement à la loi de la réaction. La pomme tombe sur la Terre parce qu'elle est attirée par le globe ; mais avec exactement la même force, la pomme attire à elle toute notre planète. À proprement parler, la pomme et la Terre tombent l'une sur l'autre, mais la vitesse de cette chute est différente pour la pomme et pour la Terre. Forces égales attraction mutuelle confèrent une accélération de 10 m/sec2 à la pomme et au globe - le même nombre de fois moins que la masse de la Terre dépasse la masse de la pomme. Bien entendu, la masse du globe est un nombre incroyable de fois supérieure à la masse d'une pomme, et donc la Terre reçoit un déplacement si insignifiant qu'il peut pratiquement être considéré comme égal à zéro. C'est pourquoi on dit que la pomme tombe sur la Terre, au lieu de dire : « la pomme et la Terre tombent l'une sur l'autre »).

Pourquoi le héros Sviatogor est-il mort ?

Vous vous souvenez de l'épopée populaire sur le héros Sviatogor, qui a décidé de relever la Terre ? Archimède, selon la légende, était également prêt à accomplir le même exploit et exigeait un point d'appui pour son levier. Mais Sviatogor était fort même sans levier. Il cherchait seulement quelque chose à quoi s'accrocher, quelque chose sur quoi mettre ses mains héroïques. « Dès que je trouverais la traction, je soulèverais la Terre entière ! » L’occasion s’est présentée : le héros a trouvé au sol une « sacoche » qui « ne se cachera pas, ne se pliera pas, ne se relèvera pas ».

Si Sviatogor avait connu la loi de l'action et de la réaction, il aurait réalisé que sa force héroïque appliquée à la terre provoquerait une contre-force égale, et donc tout aussi colossale, qui pourrait l'entraîner dans le sol.

En tout cas, il ressort clairement de l’épopée que l’observation populaire a depuis longtemps remarqué la résistance qu’exerce la terre lorsqu’on s’appuie dessus. Les gens appliquaient inconsciemment la loi de la réaction des milliers d’années avant que Newton ne la proclame pour la première fois dans son livre immortel, Les fondements mathématiques de la philosophie naturelle (c’est-à-dire la physique).

Est-il possible de bouger sans soutien ?

En marchant, nous poussons avec nos pieds du sol ou du sol ; Vous ne pouvez pas marcher sur un sol très lisse ou sur de la glace sur laquelle votre pied ne peut pas pousser. Lors du déplacement, la locomotive est repoussée des rails par ses roues « motrices » : si les rails sont lubrifiés à l'huile, la locomotive restera en place. Parfois même (dans des conditions glaciales) pour déplacer le train, les rails devant les roues motrices de la locomotive sont saupoudrés de sable provenant d'un dispositif spécial. Lorsque les roues et les rails (à l'aube des chemins de fer) étaient fabriqués avec des engrenages, on supposait que les roues devaient sortir des rails. Le bateau à vapeur est poussé hors de l'eau par les pales de la roue latérale ou de l'hélice. L’avion s’éloigne également des airs à l’aide d’une hélice. En un mot, quel que soit le support dans lequel évolue un objet, il en dépend lors de son déplacement. Mais un corps peut-il se mettre en mouvement sans avoir aucun appui extérieur à lui ?

Il semblerait que s’efforcer d’effectuer un tel mouvement équivaut à essayer de se soulever par les cheveux. Comme on le sait, une telle tentative n’a jusqu’à présent abouti qu’au baron de Munchausen. Et pourtant, c’est précisément ce mouvement apparemment impossible qui se produit souvent sous nos yeux. Certes, un corps ne peut pas se mettre entièrement en mouvement par les seules forces internes, mais il peut forcer une partie de sa substance à se déplacer dans une direction et le reste dans la direction opposée. Combien de fois avez-vous vu une fusée voler, mais avez-vous réfléchi à la question : pourquoi vole-t-elle ? Dans une fusée, nous avons un exemple clair du type de mouvement qui nous intéresse actuellement.

Pourquoi la fusée décolle-t-elle ?

Même parmi les gens qui ont étudié la physique, on entend souvent une explication complètement fausse du vol d'une fusée : elle vole parce qu'elle est repoussée de l'air par les gaz formés lorsque la poudre à canon y brûle. C'est ce qu'ils pensaient autrefois (les fusées sont une vieille invention). Cependant, si vous deviez lancer une fusée dans un espace sans air, elle ne volerait pas plus mal, ni même mieux, que dans les airs. La véritable raison du mouvement de la fusée est complètement différente. C'est ce qu'a déclaré très clairement et simplement le révolutionnaire Kibalchich de la Première Marche dans sa note de suicide à propos de la machine volante qu'il a inventée. Expliquant la conception des missiles de combat, il a écrit :

«Dans un cylindre en étain, fermé à une base et ouvert à l'autre, un cylindre de poudre à canon pressée est étroitement inséré, présentant un vide en forme de canal le long de son axe. La combustion de la poudre commence à la surface de ce canal et se propage pendant un certain temps jusqu'à la surface extérieure de la poudre pressée ; les gaz formés lors de la combustion produisent une pression dans toutes les directions ; mais les pressions latérales des gaz s'équilibrent mutuellement, tandis que la pression au fond de la coquille d'étain de poudre, non équilibrée par la pression opposée (puisque les gaz ont une sortie libre dans cette direction), pousse la fusée en avant.

Il se passe ici la même chose que lorsqu'on tire un canon : le projectile vole en avant et le canon lui-même est repoussé. Vous vous souvenez du « recul » d'une arme à feu et de tout le reste en général ? armes à feu! Si un canon était suspendu dans les airs, sans aucun support, après le tir, il reculerait avec une certaine vitesse, qui est la même que moins de vitesse projectile, combien de fois le projectile est-il plus léger que le pistolet lui-même. Dans le roman de science-fiction « À l’envers » de Jules Verne, les Américains ont même décidé d’utiliser la force de recul d’un gigantesque canon pour mener à bien une entreprise grandiose : « redresser l’axe de la Terre ».

Une fusée est le même canon, sauf qu'elle ne crache pas d'obus, mais des gaz en poudre. Pour la même raison, tourne la soi-disant « roue chinoise », que vous avez probablement admirée lors du montage de feux d'artifice : lorsque la poudre à canon brûle dans des tubes fixés à la roue, les gaz s'écoulent dans une direction, et les tubes eux-mêmes (et avec eux la roue) obtiennent le mouvement inverse. Essentiellement, il s'agit simplement d'une modification d'un appareil physique bien connu - la roue Segner.

Il est intéressant de noter qu’avant l’invention du bateau à vapeur, il existait une conception de navire mécanique basée sur le même principe ; l'approvisionnement en eau du navire était censé être libéré à l'aide d'une pompe à forte pression située à l'arrière ; le navire a donc dû avancer, comme ces boîtes flottantes dont on dispose pour prouver le principe en question dans les salles de physique des écoles. Ce projet (proposé par Remsey) n'a pas été mis en œuvre, mais il a joué un rôle bien connu dans l'invention du bateau à vapeur, car il a donné son idée à Fulton.

Figure 7. La plus ancienne machine à vapeur (turbine), attribuée à Héron d'Alexandrie (IIe siècle avant JC).

Figure 8. Voiture à vapeur attribuée à Newton.

Figure 9. Bateau à vapeur jouet en papier et coquilles d'œufs. Le carburant est de l'alcool versé dans un dé à coudre. La vapeur qui s'échappe du trou de la « chaudière à vapeur » (un œuf soufflé) fait naviguer le bateau à vapeur dans la direction opposée.

On sait aussi que la plus ancienne machine à vapeur, inventée par Héron d'Alexandrie au IIe siècle avant JC, a été conçue sur le même principe : la vapeur de la chaudière (Fig. 7) s'écoulait à travers un tube dans une boule montée sur un axe horizontal. ; puis s'échappant des tubes coudés, la vapeur poussa ces tubes dans la direction opposée, et la boule commença à tourner. Malheureusement, la turbine à vapeur de Heron dans l'Antiquité n'est restée qu'un jouet curieux, car le faible coût de la main-d'œuvre des esclaves n'incitait personne à utilisation pratique voitures Mais le principe lui-même n’a pas été abandonné par la technologie : il est aujourd’hui utilisé dans la construction de turbines à réaction.

Newton, l'auteur de la loi de l'action et de la réaction, est crédité de l'une des premières conceptions de voiture à vapeur, basée sur le même principe : la vapeur d'une chaudière placée sur roues s'échappe dans une direction, et la chaudière elle-même, en raison pour reculer, roule dans le sens opposé (Fig. 8) .

Les voitures-fusées, dont les expériences ont été largement décrites dans les journaux et les magazines en 1928, sont une modification moderne du chariot de Newton.

Pour ceux qui aiment bricoler, voici le dessin d'un bateau à vapeur en papier, lui aussi très semblable au carrosse de Newton : dans une chaudière à vapeur, de la vapeur se forme à partir d'un œuf vidé, chauffé avec du coton imbibé d'alcool dans un dé à coudre ; s'échappant comme un courant dans une direction, il force le bateau à vapeur tout entier à se déplacer dans la direction opposée. Cependant, la construction de ce jouet instructif nécessite des mains très habiles.

Comment se déplace une seiche ?

Il vous sera étrange d'apprendre qu'il existe de nombreux êtres vivants pour lesquels le «soulèvement imaginaire par les cheveux» est leur façon habituelle de se déplacer dans l'eau.

Figure 10. Mouvement de nage de la seiche.

La seiche et en général la majorité céphalopodes ils se déplacent dans l'eau de cette manière : ils prélèvent de l'eau dans la cavité branchiale par une fente latérale et un entonnoir spécial devant le corps, puis jettent énergiquement un jet d'eau à travers ledit entonnoir ; en même temps, selon la loi de la réaction, ils reçoivent une poussée inverse suffisante pour nager assez rapidement avec l'arrière du corps vers l'avant. La seiche peut cependant diriger le tube de l'entonnoir sur le côté ou vers l'arrière et, en en extrayant rapidement l'eau, se déplacer dans n'importe quelle direction.

Le mouvement de la méduse est basé sur la même chose : en contractant ses muscles, elle pousse l'eau sous son corps en forme de cloche, recevant une poussée dans la direction opposée. Une technique similaire est utilisée lors du déplacement des salpes, des larves de libellules et d'autres animaux aquatiques. Et on doutait encore qu'il soit possible de bouger comme ça !

Quoi de plus tentant que de quitter le globe et de voyager à travers le vaste univers, de voler de la Terre à la Lune, de planète en planète ? Combien de romans de science-fiction ont été écrits sur ce sujet ! Qui ne nous a pas emmené dans un voyage imaginaire à travers les astres ! Voltaire dans Micromégas, Jules Verne dans Le Voyage sur la Lune et Hector Servadac, Wells dans Les Premiers Hommes sur la Lune et nombre de leurs imitateurs ont fait les voyages les plus intéressants vers les corps célestes - bien sûr, dans leurs rêves.

N’y a-t-il vraiment aucun moyen de réaliser ce rêve de longue date ? Tous les projets ingénieux décrits avec une vraisemblance si tentante dans les romans sont-ils vraiment impossibles ? À l’avenir, nous parlerons davantage de projets fantastiques de voyages interplanétaires ; Faisons maintenant connaissance avec le véritable projet de tels vols, proposé pour la première fois par notre compatriote K. E. Tsiolkovsky.

Est-il possible d'aller sur la Lune en avion ? Bien sûr que non : les avions et les dirigeables se déplacent uniquement parce qu’ils dépendent de l’air, qu’ils en sont éloignés et qu’il n’y a pas d’air entre la Terre et la Lune. Dans l’espace global, il n’existe généralement pas de milieu suffisamment dense sur lequel un « dirigeable interplanétaire » pourrait s’appuyer. Cela signifie que nous devons proposer un appareil capable de se déplacer et d’être contrôlé sans dépendre de quoi que ce soit.

Nous connaissons déjà un projectile similaire sous la forme d'un jouet - une fusée. Pourquoi ne pas construire une énorme fusée, avec une salle spéciale pour les personnes, les vivres, les réservoirs d’air et tout le reste ? Imaginez que les passagers d'une fusée transportent avec eux une grande quantité de substances inflammables ; ils peuvent diriger le flux de gaz explosifs dans n'importe quelle direction. Vous recevrez un véritable vaisseau céleste contrôlable sur lequel vous pourrez naviguer dans l'océan de l'espace cosmique, voler vers la Lune, vers les planètes... Les passagers pourront, en contrôlant les explosions, augmenter la vitesse de ce dirigeable interplanétaire avec le progressivité nécessaire pour que l’augmentation de la vitesse leur soit inoffensive. S'ils veulent descendre sur une planète, ils peuvent, en faisant tourner leur vaisseau, réduire progressivement la vitesse du projectile et ainsi affaiblir la chute. Enfin, les passagers pourront revenir sur Terre de la même manière.

Figure 11. Projet de dirigeable interplanétaire, conçu comme une fusée.

Rappelons-nous que l'aviation a récemment réalisé ses premiers timides progrès. Et maintenant, les avions volent déjà haut dans les airs, survolant les montagnes, les déserts, les continents et les océans. Peut-être que « l’astronavigation » connaîtra le même épanouissement magnifique dans deux ou trois décennies ? Alors l’homme brisera les chaînes invisibles qui l’ont si longtemps enchaîné à sa planète natale et s’engouffrera dans l’immensité infinie de l’univers.

Chapitre deux

FORCER. EMPLOI. FRICTION.

Le problème du cygne, de l’écrevisse et du brochet

L'histoire de la façon dont « un cygne, une écrevisse et un brochet ont commencé à transporter un chargement de bagages » est connue de tous. Mais presque personne n'a essayé de considérer cette fable d'un point de vue mécanique. Le résultat n’est pas du tout similaire à la conclusion du fabuliste Krylov.

Nous sommes confrontés à un problème mécanique impliquant l’addition de plusieurs forces agissant selon un angle les unes par rapport aux autres. La direction des forces est définie dans la fable comme suit :

... Le cygne s'engouffre dans les nuages,

L'écrevisse recule et le brochet se met à l'eau.

Cela signifie (Fig. 12) qu'une force, la poussée du cygne, est dirigée vers le haut ; l'autre, poussée de brochet (OV), - latéralement ; la troisième, la poussée du cancer (CR), est en arrière. N'oublions pas qu'il existe une quatrième force : le poids du chariot, qui est dirigé verticalement vers le bas. La fable affirme que « la charrette est toujours là », autrement dit que la résultante de toutes les forces appliquées à la charrette est égale à zéro.

Est-ce ainsi ? Voyons. Un cygne se précipitant vers les nuages ​​ne gêne pas le travail des écrevisses et des brochets, et les aide même : la poussée du cygne, dirigée contre la gravité, réduit le frottement des roues sur le sol et sur les essieux, allégeant ainsi le poids des le chariot, et peut-être même l'équilibrer complètement - après tout, la charge est petite (« les bagages leur sembleraient légers »). En supposant le dernier cas pour simplifier, on voit qu'il ne reste que deux forces : la poussée de l'écrevisse et la poussée du brochet. On dit de la direction de ces forces que «l'écrevisse recule et le brochet tire dans l'eau». Il va sans dire que l'eau n'était pas devant la charrette, mais quelque part sur le côté (les ouvriers de Krylov n'allaient pas couler la charrette !). Cela signifie que les forces de l’écrevisse et du brochet sont dirigées selon un angle l’une par rapport à l’autre. Si les forces appliquées ne se situent pas sur la même droite, alors leur résultante ne peut en aucun cas être égale à zéro.

Figure 12. Le problème du cygne, de l'écrevisse et du brochet de Krylov, résolu selon les règles de la mécanique. Le résultat (OD) devrait entraîner le chariot dans la rivière.

En agissant selon les règles de la mécanique, on construit un parallélogramme sur les deux forces OB et OS ; sa diagonale OD donne la direction et la grandeur de la résultante. Il est clair que cette force résultante doit déplacer la charrette de sa place, d’autant plus que son poids est totalement ou partiellement équilibré par la poussée du cygne. Une autre question est de savoir dans quelle direction le chariot se déplacera-t-il : vers l’avant, vers l’arrière ou sur le côté ? Cela dépend du rapport des forces et de la taille de l’angle qui les sépare.

Les lecteurs qui ont une certaine pratique dans l'addition et l'expansion des forces comprendront facilement le cas où la force du cygne n'équilibre pas le poids de la charrette ; ils seront convaincus que même alors la charrette ne peut pas rester immobile. A une seule condition, le chariot ne peut pas bouger sous l'influence de ces trois forces : si le frottement sur ses axes et contre la chaussée est supérieur aux forces appliquées. Mais cela ne concorde pas avec l’affirmation selon laquelle « les bagages leur sembleraient légers ».

Quoi qu’il en soit, Krylov ne pouvait pas affirmer avec assurance que « les choses bougent encore », que « les choses sont toujours là ». Cela ne change cependant rien au sens de la fable.

Contrairement à Krylov

Nous venons de voir que la règle quotidienne de Krylov : « quand il n’y a pas d’accord entre camarades, ça ne va pas bien pour eux » n’est pas toujours applicable en mécanique. Les forces peuvent être dirigées dans plus d’une direction et, malgré cela, donner un certain résultat.

Peu de gens savent que les travailleurs acharnés - les fourmis, que le même Krylov a salué comme des travailleurs exemplaires, travaillent ensemble précisément de la manière ridiculisée par le fabuliste. Et les choses se passent généralement bien pour eux. La loi de l'addition des forces vient encore à la rescousse. En observant attentivement les fourmis pendant qu'elles travaillent, vous vous rendrez vite compte que leur coopération intelligente n'est qu'apparente : en fait, chaque fourmi travaille pour elle-même, sans même penser à aider les autres.

Voici comment un zoologiste décrit le travail des fourmis :

"Si grosse prise traîne une douzaine de fourmis sur un terrain plat, puis tout le monde agit de la même manière et une apparence de coopération est obtenue. Mais la proie - par exemple une chenille - s'est accrochée à un obstacle, à une tige d'herbe, à un caillou. On ne peut pas le faire avancer plus loin, il faut le contourner. Et ici il apparaît clairement que chaque fourmi, à sa manière et sans se conformer à aucun de ses camarades, tente de faire face à l'obstacle (Fig. 13 et 14). L'un traîne à droite, l'autre à gauche ; l’un avance, l’autre recule. Ils se déplacent d'un endroit à l'autre, s'emparent de la piste à un autre endroit et chacun pousse ou tire à sa manière. Lorsqu'il arrive que les forces des ouvrières sont formées de telle manière que quatre fourmis déplacent la chenille dans un sens et six dans l'autre, alors la chenille se déplace finalement précisément dans la direction de ces six fourmis, malgré l'opposition des quatre. »

Donnons (emprunté à un autre chercheur) un autre exemple instructif qui illustre bien cette coopération imaginaire des fourmis. En figue. La figure 15 montre un morceau de fromage rectangulaire qui a été saisi par 25 fourmis. Le fromage se déplaçait lentement dans la direction indiquée par la flèche A, et on pourrait penser que la première ligne de fourmis tirait la charge vers elle, la ligne arrière la poussait vers l'avant, tandis que les fourmis latérales aidaient toutes les deux. Cependant, ce n'est pas le cas, comme il est facile de le vérifier : utilisez un couteau pour séparer tout le rang arrière - le fardeau rampera beaucoup plus vite ! Il est clair que ces 11 fourmis tiraient en arrière et non en avant : chacune d'elles essayait de retourner le fardeau pour qu'en reculant, elles le traînent vers le nid. Cela signifie que non seulement les fourmis arrière n'ont pas aidé celles de devant, mais qu'elles ont interféré avec diligence avec elles, détruisant leurs efforts. Pour traîner ce morceau de fromage, les efforts de seulement quatre fourmis suffiraient, mais l'incohérence des actions conduit au fait que 25 fourmis traînent la charge.

Figure 13. Comment les fourmis traînent une chenille.

Figure 14. Comment les fourmis attirent leurs proies. Les flèches montrent les directions d’effort des fourmis individuelles.

Figure 15. Comment des fourmis tentent de traîner un morceau de fromage jusqu'à une fourmilière située dans le sens de la flèche A.

Cette caractéristique des actions conjointes des fourmis a été remarquée il y a longtemps par Mark Twain. Parlant d'une rencontre entre deux fourmis, dont l'une a trouvé la patte d'une sauterelle, il raconte : « Elles prennent la patte par les deux bouts et tirent de toutes leurs forces dans des directions opposées. Tous deux voient que quelque chose ne va pas, mais ne peuvent pas comprendre quoi. Les querelles mutuelles commencent ; la dispute se transforme en combat... La réconciliation s'opère, et le travail commun et dénué de sens recommence, un camarade blessé au combat n'étant qu'un obstacle. En essayant de toutes ses forces, le camarade sain traîne le fardeau, et avec lui l'ami blessé, qui, au lieu de céder à la proie, s'y accroche. En plaisantant, Twain fait l’observation tout à fait correcte qu’« une fourmi ne fonctionne bien que lorsqu’elle est observée par un naturaliste inexpérimenté qui tire de mauvaises conclusions ».

Est-il facile de casser des coquilles d’œufs ?

Parmi questions philosophiques, sur lequel le réfléchi Kifa Mokievich de "Dead Souls" a creusé son sage cerveau, il y avait ce problème : "Eh bien, si un éléphant naissait dans un œuf, parce que la coquille, le thé, serait très épaisse, vous ne pourriez pas frapper avec un canon ; nous devons inventer une nouvelle arme à feu.

Le philosophe de Gogol aurait probablement été très étonné s'il avait appris qu'une coquille d'œuf ordinaire, malgré sa finesse, est loin d'être une chose délicate. Il n'est pas si facile d'écraser un œuf entre ses paumes en appuyant sur ses extrémités ; Il faut beaucoup d’efforts pour briser la coque dans de telles conditions.

Une telle résistance extraordinaire d'une coquille d'œuf dépend uniquement de sa forme convexe et s'explique de la même manière que la résistance de toutes sortes de voûtes et d'arcs.

Dans la fig. ci-jointe. 17 montre une petite voûte en pierre au-dessus de la fenêtre. La charge S (c'est-à-dire le poids des parties sus-jacentes de la maçonnerie), appuyant sur la pierre centrale en forme de coin de l'arc, appuie avec une force indiquée sur la figure par la flèche A. Mais la pierre ne peut pas bouger vers le bas en raison de sa forme en forme de coin ; cela ne fait que faire pression sur les pierres voisines. Dans ce cas, la force A se décompose selon la règle du parallélogramme en deux forces, indiquées par les flèches C et B ; ils sont équilibrés par la résistance des pierres adjacentes, elles-mêmes prises en sandwich entre les pierres voisines. Ainsi, la force qui s’exerce sur la voûte depuis l’extérieur ne peut la détruire. Mais il est relativement facile de le détruire par la force agissant de l’intérieur. C'est une erreur, puisque la forme en coin des pierres, qui les empêche de tomber, ne les empêche nullement de monter.

Figure 16. Il faut une force considérable pour casser un œuf dans cette position.

Figure 17. Raison de la solidité de l'arc.

La coquille d'un œuf est la même voûte, mais solide. Lorsqu’il est exposé à une pression externe, il ne se décompose pas aussi facilement qu’on pourrait s’y attendre d’un matériau aussi fragile. Vous pouvez poser une table assez lourde avec des pieds sur quatre œufs crus - et ils ne seront pas écrasés (pour plus de stabilité, vous devez équiper les œufs d'extensions en plâtre aux extrémités ; le plâtre colle facilement à la coquille de chaux).

Vous comprenez désormais pourquoi la poule n’a pas à craindre de casser les coquilles de ses œufs avec le poids de son corps. Et en même temps, le poussin faible, voulant sortir de la prison naturelle, brise facilement la coquille de l'intérieur avec son bec.

En cassant facilement une coquille d'œuf d'un coup latéral d'une cuillère à café, nous n'avons aucune idée de la force avec laquelle la pression agit sur elle dans des conditions naturelles, et quelle armure fiable la nature a protégé la créature vivante qui s'y développe.

La force mystérieuse des ampoules, apparemment si délicates et fragiles, s’explique de la même manière que la force des coquilles d’œufs. Leur force deviendra encore plus étonnante si l'on considère que beaucoup d'entre eux (creux, non remplis de gaz) sont presque complètement vides et que rien de l'intérieur ne contrecarre la pression de l'air extérieur. Et la pression de l'air sur une ampoule électrique est considérable : avec un diamètre de 10 cm, l'ampoule est comprimée des deux côtés avec une force de plus de 75 kg (le poids d'une personne). L'expérience montre qu'une ampoule creuse peut résister à une pression même 2,5 fois supérieure.

Naviguer contre le vent

Il est difficile d'imaginer comment des voiliers peuvent aller « contre le vent » - ou, comme disent les marins, « au près ». Certes, un marin vous dira que vous ne pouvez pas naviguer directement contre le vent, mais que vous ne pouvez vous déplacer que sous angle aiguà la direction du vent. Mais cet angle est petit - environ un quart d'angle droit - et il semble peut-être tout aussi incompréhensible : s'il faut naviguer directement contre le vent ou selon un angle de 22° par rapport à celui-ci.

En réalité, cela n'est cependant pas indifférent, et nous allons maintenant expliquer comment il est possible de s'en approcher légèrement en biais par la force du vent. Voyons d’abord comment le vent agit généralement sur la voile, c’est-à-dire où il pousse la voile lorsqu’il souffle dessus. Vous pensez probablement que le vent pousse toujours la voile dans la direction où elle souffle. Mais ce n'est pas le cas : partout où le vent souffle, il pousse la voile perpendiculairement au plan de la voile. En effet : laissez le vent souffler dans le sens indiqué par les flèches de la Fig. 18 ; la ligne AB représente la voile. Puisque le vent appuie uniformément sur toute la surface de la voile, on remplace la pression du vent par une force R appliquée au milieu de la voile. Nous diviserons cette force en deux : la force Q, perpendiculaire à la voile, et la force P, dirigée le long de celle-ci (Fig. 18, à droite). La dernière force ne pousse la voile nulle part, puisque le frottement du vent sur la toile est insignifiant. Il reste la force Q qui pousse la voile perpendiculairement à elle.

Sachant cela, on peut facilement comprendre comment un voilier peut naviguer selon un angle aigu par rapport au vent. Soit la ligne KK (Fig. 19) représentant la ligne de quille du navire. Le vent souffle selon un angle aigu par rapport à cette ligne dans la direction indiquée par une série de flèches. La ligne AB représente une voile ; il est placé de manière à ce que son plan coupe en deux l'angle entre la direction de la quille et la direction du vent. Tracez sur la Fig. 19 pour la désintégration des forces. On représente la pression du vent sur la voile par la force Q, qui, on le sait, doit être perpendiculaire à la voile. Divisons cette force en deux : la force R, perpendiculaire à la quille, et la force S, dirigée vers l'avant le long de la ligne de quille du navire. Étant donné que le mouvement du navire dans la direction R rencontre une forte résistance de la part de l'eau (la quille des voiliers est très profonde), la force R est presque entièrement équilibrée par la résistance de l'eau. Il ne reste qu'une seule force S qui, comme vous pouvez le voir, est dirigée vers l'avant et déplace donc le navire selon un angle, comme vers le vent. Habituellement, ce mouvement est effectué en zigzags, comme le montre la Fig. 20. Dans le langage des marins, un tel mouvement du navire est appelé « virement de bord » au sens strict du terme.

Figure 18. Le vent pousse la voile toujours perpendiculairement à son plan.

Figure 19. Comment naviguer contre le vent.

Figure 20. Virement de bord d'un voilier.

Archimède pourrait-il soulever la Terre ?

« Donnez-moi un pied et je soulèverai la Terre ! » - la légende attribue cette exclamation à Archimède, le brillant mécanicien de l'Antiquité, qui découvrit les lois du levier.

Figure 21. « Archimède soulève la Terre avec un levier. » Gravure tirée du livre de Varignon (1787) sur la mécanique.

« Un jour, Archimède, lit-on dans Plutarque, écrivit au roi Hiéron de Syracuse, dont il était un parent et un ami, qu'avec cette force, on peut déplacer n'importe quelle charge. Emporté par la force des preuves, il a ajouté que s’il y avait eu une autre Terre, il aurait déplacé la nôtre en s’y déplaçant.

Archimède savait qu'il n'y a pas de charge qui ne puisse être soulevée avec la force la plus faible si l'on utilise un levier : il suffit d'appliquer cette force sur un bras très long du levier, et de forcer le bras court à agir sur la charge. C'est pourquoi il a pensé qu'en appuyant sur le bras extrêmement long du levier, il pourrait également soulever avec la force de ses mains une charge dont la masse est égale à la masse du globe.

Mais si le grand mécanicien de l’Antiquité avait su combien la masse du globe est énorme, il se serait probablement abstenu de son fière exclamation. Imaginons un instant qu'Archimède ait reçu cette « autre Terre », ce point d'appui qu'il cherchait ; Imaginons en outre qu'il ait fabriqué un levier de la longueur requise. Savez-vous combien de temps il lui faudrait pour soulever d'au moins un centimètre une charge égale à la masse du globe ? Au moins trente mille milliards d'années !

En effet. La masse de la Terre est connue des astronomes ; un corps avec une telle masse pèserait environ 6 000 000 000 000 000 000 000 de tonnes sur Terre.

Si une personne ne peut soulever directement que 60 kg, alors pour « soulever la Terre », elle devra mettre ses mains sur le bras long du levier, qui est 100 000 000 000 000 000 000 000 de fois plus grand que le bras court !

Un simple calcul vous convaincra que tandis que l'extrémité du bras court s'élève de 1 cm, l'autre extrémité décrira un immense arc de 1 000 000 000 000 000 000 km dans l'univers.

Une distance aussi inimaginable aurait dû être parcourue par la main d'Archimède, en appuyant sur le levier, pour « élever la Terre » d'un seul centimètre ! Combien de temps cela prendra-t-il ? Si l'on suppose qu'Archimède était capable de soulever une charge de 60 kg à une hauteur de 1 m en une seconde (une efficacité de presque un total puissance!), alors même alors, il faudra 1 000 000 000 000 000 000 000 de secondes, soit trente mille milliards d'années, pour « soulever la Terre » de 1 cm ! Tout au long de sa longue vie, Archimède, appuyant sur le levier, n'aurait pas « soulevé la Terre » même de l'épaisseur du cheveu le plus fin...

Aucune astuce du brillant inventeur ne l'aurait aidé à raccourcir sensiblement cette période. La « Règle d’or de la mécanique » stipule que sur toute machine, un gain de force s’accompagne inévitablement d’une perte correspondante de longueur de mouvement, c’est-à-dire de temps. Même si Archimède avait porté la vitesse de sa main à la plus grande vitesse possible dans la nature - jusqu'à 300 000 km par seconde (la vitesse de la lumière), alors même avec une hypothèse aussi fantastique, il aurait « soulevé la Terre » de seulement 1 cm. après dix millions d'années de travail.

L'homme fort de Jules Vernov et la formule d'Euler

Vous souvenez-vous de Mathifa, l'homme fort et l'athlète de Jules Verne ? « Tête magnifique, proportionnelle à une hauteur gigantesque ; coffre comme un soufflet de forgeron ; les jambes - comme de bonnes bûches, les bras - de vrais points de levage, avec des poings comme des marteaux..." Probablement, d'après les exploits de cet homme fort décrit dans le roman "Mathias Sapdorf", vous vous souvenez de l'étonnant incident avec le navire "Trabokolo", quand notre géant aux puissantes mains de force a retardé la descente de tout le navire.

Voici comment le romancier parle de cet exploit :

« Le navire, déjà libéré des supports qui le soutenaient sur les côtés, était prêt à être lancé. Il suffisait de retirer les amarres pour que le navire commence à glisser. Déjà une demi-douzaine de charpentiers travaillaient sous la quille du navire. Les spectateurs ont suivi l'opération avec une vive curiosité. A ce moment, un yacht de plaisance apparaît, contournant la corniche côtière. Pour entrer dans le port, le yacht devait passer devant le chantier naval où se préparait la vedette Trabocolo, et dès qu'il donnait le signal, il fallait, pour éviter tout accident, retarder la mise à l'eau afin de se remettre au travail après que le yacht soit entré dans le canal. Si les navires - l'un en travers, l'autre se déplaçant à grande vitesse - étaient entrés en collision, le yacht aurait péri.

Les ouvriers ont arrêté de marteler. Tous les regards étaient fixés sur le gracieux navire, dont les voiles blanches semblaient dorées aux rayons obliques du soleil. Bientôt, le yacht se retrouva juste en face du chantier naval, où se figèrent une foule de milliers de curieux. Soudain, un cri d'horreur se fit entendre : le Trabocolo bascula et se mit en mouvement au moment même où le yacht tournait à tribord vers lui ! Les deux navires étaient prêts à entrer en collision ; il n'y avait ni le temps ni l'opportunité d'empêcher cet affrontement. Le Trabocolo a rapidement dévalé la pente... De la fumée blanche, apparue à la suite de frottements, tourbillonnait devant sa proue, tandis que la poupe plongeait déjà dans l'eau de la baie (le navire descendait la poupe en premier - Ya. P.).

Soudain, un homme apparaît, attrape la ligne d'amarrage suspendue à l'avant du Trabocolo et tente de la retenir en se penchant jusqu'au sol. En une minute, il enroule les amarres autour d'un tuyau de fer enfoncé dans le sol et, au risque de se faire écraser, tient la corde dans ses mains avec une force surhumaine pendant 10 secondes. Finalement les amarres se brisent. Mais ces 10 secondes ont suffi : le Trabocolo, plongeant à l'eau, n'a que légèrement touché le yacht et s'est précipité en avant.

Le yacht a été sauvé. Quant à celui pour qui personne n'a même eu le temps de venir à la rescousse - tout s'est passé si vite et de manière inattendue - c'était Matifu.»

La mécanique enseigne que lorsqu'une corde enroulée autour d'une borne glisse, la force de frottement atteint une valeur importante. Comment plus grand nombre tours de corde, plus le frottement est important ; la règle du frottement croissant est telle que, avec une augmentation du nombre de tours dans une progression arithmétique, le frottement augmente dans une progression géométrique. Par conséquent, même un enfant faible, tenant l’extrémité libre d’une corde enroulée 3 à 4 fois sur un arbre fixe, peut équilibrer l’énorme force.

Sur les quais des bateaux à vapeur fluviaux, des adolescents utilisent cette technique pour arrêter les bateaux à vapeur transportant des centaines de passagers qui s'approchent des quais. Ce n’est pas la force phénoménale de leurs mains qui les aide, mais le frottement de la corde sur le pieu.

Le célèbre mathématicien du XVIIIe siècle, Euler, a établi la dépendance de la force de frottement sur le nombre de tours de corde autour du pieu. Pour ceux qui ne sont pas intimidés par le langage concis des expressions algébriques, nous présentons cette formule d'Euler instructive :

Ici F est la force contre laquelle notre effort f est dirigé. La lettre e indique le nombre 2,718... (la base des logarithmes naturels), k est le coefficient de frottement entre la corde et le support. La lettre a désigne « l'angle d'enroulement », c'est-à-dire le rapport entre la longueur de l'arc parcouru par la corde et le rayon de cet arc.

Appliquons la formule au cas décrit par Jules Verne. Le résultat sera incroyable. La force F dans ce cas est la force de traction du navire glissant le long du quai. Le poids du navire du roman est connu : 50 tonnes. Soit la pente de la cale de halage être de 0,1 ; alors ce n'était pas tout le poids du navire qui agissait sur le cordage, mais 0,1 de celui-ci, soit 5 tonnes, soit 5000 kg.

La substitution de toutes ces valeurs dans la formule d'Euler ci-dessus donne l'équation

L'inconnue f (c'est-à-dire la quantité de force requise) peut être déterminée à partir de cette équation à l'aide de logarithmes :

Lg 5000 = lg f + 2n lg 2,72, d'où f = 9,3 kg.

Ainsi, pour accomplir l’exploit, le géant n’avait qu’à tirer sur la corde avec une force de seulement 10 kilogrammes !

Ne pensez pas que ce chiffre - 10 kg - n'est que théorique et qu'en réalité, beaucoup plus d'efforts seront nécessaires. Au contraire, notre résultat est même exagéré : avec une corde de chanvre et un pieu en bois, lorsque le coefficient de frottement k est plus grand, la force nécessaire est ridiculement insignifiante. Si seulement la corde était suffisamment solide et pouvait résister à la tension, alors même un enfant faible pourrait, après avoir enroulé la corde 3 à 4 fois, non seulement répéter l'exploit du héros de Jules Verne, mais aussi le surpasser.

Qu'est-ce qui détermine la force des nœuds ?

Dans la vie de tous les jours, sans même le savoir, nous profitons souvent des bienfaits que nous indique la formule d’Euler. Qu'est-ce qu'un nœud sinon une ficelle enroulée autour d'un rouleau dont le rôle est dans ce cas joué par une autre partie de la même ficelle ? La force de tout type de nœuds - ordinaires, « gazebo », « mer », cravates, nœuds, etc. - dépend uniquement de la friction, qui est ici grandement renforcée du fait que la dentelle s'enroule sur elle-même, comme une corde autour. un coffret. Ceci est facile à vérifier en suivant les courbures du lacet dans le nœud. Plus il y a de courbures, plus la ficelle s'enroule sur elle-même, plus « l'angle d'enroulement » est grand et, par conséquent, plus le nœud est fort.

Le tailleur profite inconsciemment de la même circonstance pour coudre un bouton. Il enroule le fil plusieurs fois autour de la zone de matière capturée par le point puis la casse ; Si seulement le fil est solide, le bouton ne se détachera pas. La règle qui nous est déjà familière s'applique ici : avec une augmentation du nombre de tours de fil dans une progression arithmétique, la résistance à la couture augmente dans une progression géométrique.

S'il n'y avait pas de friction, on ne pourrait pas utiliser de boutons : les fils se dénoueraient sous leur poids et les boutons tomberaient.

S'il n'y avait pas de friction

Vous voyez comment les frictions se manifestent de manières diverses et parfois inattendues dans l’environnement qui nous entoure. La friction y participe, et elle est très importante, là où on ne s’en doute même pas. Si les frictions disparaissaient soudainement du monde, de nombreux phénomènes ordinaires se dérouleraient d’une manière complètement différente.

Le physicien français Guillaume écrit de manière très colorée sur le rôle du frottement :

« Nous avons tous dû sortir dans des conditions glaciales : combien d’efforts il nous a fallu pour ne pas tomber, combien de mouvements amusants nous avons dû faire pour nous relever ! Cela nous oblige à reconnaître que le sol sur lequel nous marchons a généralement une qualité précieuse qui nous maintient en équilibre sans effort particulier. La même pensée nous vient lorsque nous faisons du vélo sur un trottoir glissant ou lorsqu'un cheval glisse sur l'asphalte et tombe. En étudiant de tels phénomènes, on découvre les conséquences qu'entraîne le frottement. Les ingénieurs s'efforcent de l'éliminer autant que possible dans les voitures - et font du bon travail. En mécanique appliquée, le frottement est considéré comme un phénomène extrêmement indésirable, et cela est correct, mais seulement dans un domaine étroit et particulier. Dans tous les autres cas, nous devrions être reconnaissants envers la friction : elle nous donne la possibilité de marcher, de nous asseoir et de travailler sans craindre que les livres et l'encrier ne tombent sur le sol, ou que la table ne glisse jusqu'à heurter un coin, ou que le stylo ne glisse de notre corps. des doigts.

La friction est un phénomène tellement courant que, à de rares exceptions près, nous n'avons pas besoin de faire appel à elle : elle vient à nous toute seule.

La friction favorise la stabilité. Les menuisiers nivelent le sol pour que les tables et les chaises restent là où elles ont été placées. Les plats, assiettes, verres posés sur la table restent immobiles sans soucis particuliers de notre part, à moins que cela n'arrive sur un navire lors du bercement.

Imaginons que les frictions puissent être complètement éliminées. Alors aucun corps, qu'il soit de la taille d'un rocher ou petit comme un grain de sable, ne pourra jamais reposer les uns sur les autres : tout glissera et roulera jusqu'à se retrouver au même niveau. S’il n’y avait pas de friction, la Terre serait une sphère sans irrégularités, comme un liquide. »

A cela on peut ajouter qu'en l'absence de friction, les clous et les vis glisseraient hors des murs, rien ne pourrait être tenu dans les mains, aucun tourbillon ne s'arrêterait jamais, aucun son ne cesserait, mais résonnerait sans fin, se répercutant. sans cesse, par exemple, depuis les murs de la pièce.

Une leçon de choses qui nous convainc de l’énorme importance du frottement nous est donnée à chaque fois par la glace noire. Attrapé par elle dans la rue, nous nous retrouvons impuissants et toujours au risque de tomber. Voici un extrait instructif du journal (décembre 1927) :

« Londres 21. En raison des fortes verglas, la circulation dans les rues et les tramways de Londres est sensiblement difficile. Environ 1 400 personnes ont été hospitalisées avec des bras, des jambes cassés, etc.

Figure 22. Ci-dessus – un traîneau chargé sur une route verglacée ; deux chevaux transportent 70 tonnes de marchandises. Ci-dessous se trouve une route verglacée ; Une piste; B - dérapage ; C - neige compactée ; D - base en terre de la route.

"Lors d'une collision près de Hyde Park entre trois voitures et deux tramways, les voitures ont été complètement détruites à cause de l'explosion d'essence..."

"Paris 21. Le verglas à Paris et sa banlieue a provoqué de nombreux accidents..."

Cependant, le frottement négligeable sur la glace peut être exploité avec succès sur le plan technique. Les traîneaux déjà ordinaires en sont un exemple. Ceci est encore mieux démontré par les soi-disant routes de glace, qui étaient aménagées pour transporter le bois du site de coupe jusqu'à la voie ferrée ou jusqu'aux points de rafting. Sur une telle route (Fig. 22), dotée de rails de glace lisses, deux chevaux tirent un traîneau chargé de 70 tonnes de rondins.

La cause physique de la catastrophe de Chelyuskin

De ce qui vient d'être dit, il ne faut pas conclure hâtivement que le frottement sur la glace est négligeable en toutes circonstances. Même à des températures proches de zéro, la friction avec la glace est souvent assez importante. Dans le cadre des travaux des brise-glaces, le frottement des glaces des mers polaires sur la tôle d'acier du navire a été soigneusement étudié. Il s'est avéré qu'il était étonnamment important, pas moins que le frottement du fer sur le fer : le coefficient de frottement du nouveau bordé en acier du navire sur la glace est de 0,2.

Pour comprendre l’importance de ce chiffre pour les navires naviguant dans les glaces, regardons la figure. 23 ; il représente la direction des forces agissant sur le côté MN du navire sous la pression des glaces. La force de pression de la glace P se décompose en deux forces : R, perpendiculaire à la planche, et F, dirigée tangentiellement à la planche. L'angle entre P et R est égal à l'angle a de l'inclinaison du côté par rapport à la verticale. La force de frottement Q de la glace sur le flanc est égale à la force R multipliée par le coefficient de frottement, soit par 0,2 ; on a : Q = 0,2R. Si la force de frottement Q est inférieure à F, cette dernière force entraîne la glace poussante sous l'eau ; la glace glisse le long du bord sans avoir le temps de nuire au navire. Si la force Q est supérieure à F, la friction interfère avec le glissement de la banquise et la glace, avec une pression prolongée, peut s'écraser et pousser à travers le côté.

Figure 23. « Chelyuskin », perdu dans la glace. En bas : forces agissant sur le flanc du navire MN sous la pression des glaces.

Quand est le Q "F" ? C'est facile de voir ça

il doit donc y avoir une inégalité :

et puisque Q = 0,2R, l'inégalité Q « F en amène une autre :

0,2R « R tg a, ou tg a » 0,2.

A l'aide des tableaux, on trouve l'angle dont la tangente est 0,2 ; elle est égale à 11°. Cela signifie Q « F lorsque a » vaut 11°. Celui-ci détermine quelle inclinaison des flancs du navire par rapport à la verticale garantit une navigation sûre dans les glaces : l’inclinaison doit être d’au moins 11°.

Passons maintenant à la mort de « Chelyuskin ». Ce bateau à vapeur, et non un brise-glace, a parcouru avec succès toute la route maritime du nord, mais s'est retrouvé coincé dans les glaces du détroit de Béring.

La glace a emporté le Chelyuskin loin vers le nord et l'a écrasé (en février 1934). Le séjour héroïque de deux mois des Chelyuskinites sur la banquise et leur sauvetage par des pilotes héroïques sont conservés dans la mémoire de beaucoup. Voici une description de la catastrophe elle-même :

"Le métal solide de la coque n'a pas cédé immédiatement", a rapporté à la radio le chef de l'expédition, O. Yu. « Vous pouviez voir comment la banquise était pressée contre le côté et comment les feuilles de placage au-dessus gonflaient, se courbaient vers l'extérieur. La glace poursuit sa progression lente mais irrésistible. Les tôles de fer gonflées du revêtement de la coque se sont déchirées le long des coutures. Les rivets volèrent avec fracas. En un instant, le côté gauche du paquebot fut arraché de la cale avant jusqu'à l'extrémité arrière du pont..."

Après ce qui a été dit dans cet article, le lecteur doit comprendre la cause physique de la catastrophe.

Il en découle des conséquences pratiques : lors de la construction de navires destinés à la navigation dans les glaces, il faut donner aux flancs leur inclinaison propre, soit au moins 11°.

Bâton auto-équilibré

Placez un bâtonnet lisse sur les index de vos mains tendues, comme indiqué sur la Fig. 24. Maintenant, rapprochez vos doigts jusqu'à ce qu'ils soient bien serrés. Chose étrange! Il s'avère que dans cette position finale le bâton ne bascule pas, mais maintient son équilibre. Vous faites l'expérience plusieurs fois en changeant la position initiale de vos doigts, mais le résultat est toujours le même : le bâton s'avère équilibré. Si vous remplacez le bâton par une règle à dessin, une canne avec un bouton, une queue de billard ou une brosse à sol, vous remarquerez la même caractéristique. Quelle est la solution à la fin inattendue ? Tout d'abord, ce qui suit est clair : puisque le bâton est en équilibre sur les doigts joints, alors il est clair que les doigts ont convergé sous le centre de gravité du bâton (le corps reste en équilibre si un fil à plomb tiré du centre de la gravité passe dans les limites du support).

Lorsque les doigts sont écartés, la charge la plus importante tombe sur le doigt le plus proche du centre de gravité du bâton. À mesure que la pression augmente, la friction augmente également : un doigt plus proche du centre de gravité subit plus de friction qu’un doigt plus éloigné. Ainsi, le doigt proche du centre de gravité ne glisse pas sous le stick ; Seul le doigt le plus éloigné de ce point bouge toujours. Dès que le doigt en mouvement est plus proche du centre de gravité que l’autre, les doigts changent de rôle ; un tel échange est effectué plusieurs fois jusqu'à ce que les doigts se rapprochent. Et comme un seul des doigts bouge à chaque fois, à savoir celui qui est le plus éloigné du centre de gravité, il est naturel qu'en position finale les deux doigts convergent sous le centre de gravité du bâton.

Figure 24. Expérimentez avec une règle. A droite, la fin de l'expérience.

Figure 25. Même expérience avec une brosse à sol. Pourquoi la balance est-elle déséquilibrée ?

Avant de terminer cette expérience, répétez-la avec une brosse à sol (Fig. 25, ci-dessus) et posez-vous cette question : Si vous coupez le pinceau à l'endroit où il est soutenu par vos doigts et placez les deux parties sur différentes tasses d'écailles (Fig. 25, ci-dessous), alors quelle tasse gagnera - avec un bâton ou avec un pinceau ?

Il semblerait que puisque les deux parties du pinceau s'équilibrent sur les doigts, elles devraient également être équilibrées sur la balance. En réalité, la coupelle avec la brosse va trop serrer. La raison n'est pas difficile à deviner si l'on tient compte du fait que lorsque la brosse était en équilibre sur les doigts, les forces de poids des deux parties étaient appliquées aux bras inégaux du levier ; dans le cas des balances, les mêmes forces sont appliquées aux extrémités du levier à bras égaux.

Pour le « Pavillon des sciences divertissantes » du Parc culturel de Léningrad, j'ai commandé un jeu de bâtons avec différentes positions du centre de gravité ; les bâtons étaient séparés en deux parties généralement inégales exactement à l'endroit où se trouvait le centre de gravité. En plaçant ces pièces sur la balance, les visiteurs ont été surpris de constater que la partie courte était plus lourde que la partie longue.

Chapitre trois

CIRCULATION DE ROND-POINT.

Pourquoi la toupie ne tombe-t-elle pas ?

Parmi les milliers de personnes qui ont joué avec une toupie étant enfants, peu seront en mesure de répondre correctement à cette question. Comment, en effet, expliquer qu'un plateau tournant, placé verticalement ou même incliné, ne bascule pas, contre toute attente ? Quelle force le maintient dans une position apparemment aussi instable ? La lourdeur ne l'affecte-t-elle pas ?

Il y a ici une interaction de forces très intéressante. La théorie de la toupie n’est pas simple, et nous n’allons pas l’approfondir. Expliquons seulement la raison principale pour laquelle la toupie tournante ne tombe pas.

En figue. La figure 26 montre un sommet tournant dans le sens des flèches. Remarquez la partie A de son bord et la partie B en face. La partie A a tendance à s'éloigner de vous, la partie B vers vous. Observez maintenant quel type de mouvement ces pièces reçoivent lorsque vous inclinez l'axe du plateau vers vous. Avec cette poussée, vous forcez la partie A à monter, la partie B à descendre ; les deux parties reçoivent une poussée perpendiculaire à leur propre mouvement. Mais comme lors de la rotation rapide de la pointe la vitesse périphérique des parties du disque est très élevée, la vitesse insignifiante que vous signalez, s'ajoutant à la grande vitesse circulaire de la pointe, donne une résultante très proche de cette vitesse circulaire - et le mouvement du haut ne change presque pas. On comprend donc pourquoi le sommet semble résister aux tentatives visant à le renverser. Plus le sommet est massif et plus il tourne vite, plus il résiste obstinément au basculement.

Figure 26. Pourquoi la toupie ne tombe-t-elle pas ?

Figure 27. Une toupie, lorsqu'elle est lancée, conserve la direction originale de son axe.

L'essence de cette explication est directement liée à la loi de l'inertie. Chaque particule du sommet se déplace en cercle dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Selon la loi de l'inertie, à chaque instant la particule tend à se déplacer du cercle vers une droite tangente au cercle. Mais toute tangente est située dans le même plan que le cercle lui-même ; donc, chaque particule a tendance à se déplacer de manière à rester à tout moment dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Il s'ensuit que tous les plans du sommet, perpendiculaires à l'axe de rotation, tendent à maintenir leur position dans l'espace, et donc la perpendiculaire commune à eux, c'est-à-dire l'axe de rotation lui-même, tend également à maintenir sa direction.

Nous ne considérerons pas tous les mouvements du sommet qui se produisent lorsqu'une force extérieure agit sur lui. Cela exigerait trop explications détaillées, ce qui peut paraître ennuyeux. Je voulais juste expliquer la raison du désir de tout corps en rotation de maintenir la direction de l'axe de rotation inchangée.

Cette propriété est largement utilisée technologie moderne. Divers dispositifs gyroscopiques (basés sur les propriétés d'une toupie) - compas, stabilisateurs, etc. - sont installés sur les navires et les avions.

Telle est l’utilité d’un jouet en apparence simple.

L'art des jongleurs

De nombreuses astuces étonnantes du programme varié de jonglerie sont également basées sur la propriété des corps en rotation de maintenir la direction de l'axe de rotation. Permettez-moi de citer un extrait d'un livre fascinant du physicien anglais Prof. La toupie de John Perry.

Figure 28. Comment vole une pièce de monnaie lancée avec rotation.

Figure 29. Une pièce lancée sans rotation atterrit dans une position aléatoire.

Figure 30. Un chapeau lancé est plus facile à attraper s'il a subi une rotation autour de son axe.

« Un jour, je faisais la démonstration de certaines de mes expériences à un public buvant du café et fumant du tabac dans le magnifique Victoria Concert Hall de Londres. J'ai essayé d'intéresser mes auditeurs autant que je pouvais et j'ai expliqué qu'il fallait faire tourner un anneau plat si l'on voulait le lancer, afin de pouvoir indiquer à l'avance où il tombera ; Ils font la même chose s'ils veulent lancer un chapeau à quelqu'un pour qu'il attrape cet objet avec un bâton. Vous pouvez toujours compter sur la résistance qu’exerce un corps en rotation lorsque la direction de son axe change. J'expliquai en outre à mes auditeurs qu'après avoir soigneusement poli le canon d'un canon, on ne peut jamais compter sur la précision de la visée ; En conséquence, on fabrique désormais des muselières rayées, c'est-à-dire qu'elles sont taillées en à l'intérieur les bouches des armes à feu sont des rainures en forme de spirale dans lesquelles s'insèrent les saillies de la balle ou du projectile, de sorte que ce dernier doit recevoir un mouvement de rotation lorsque la force de l'explosion de la poudre à canon l'oblige à se déplacer le long de l'alésage du canon. Grâce à cela, le projectile quitte le canon avec un mouvement de rotation précisément défini.

C'est tout ce que j'ai pu faire pendant cette conférence, car je n'ai aucune dextérité pour lancer des chapeaux ou des disques. Mais après avoir fini ma conférence, deux jongleurs apparurent sur scène, et je ne pouvais souhaiter une meilleure illustration des lois mentionnées ci-dessus que celle donnée par chaque tour individuel exécuté par ces deux artistes. Ils se jetaient des chapeaux tournoyants, des cerceaux, des assiettes, des parapluies... L'un des jongleurs lançait toute une rangée de couteaux en l'air, les rattrapait et les lançait à nouveau avec une grande précision ; mon auditoire, venant d'entendre l'explication de ces phénomènes, se réjouissait de plaisir ; elle remarqua la rotation que le jongleur imprimait à chaque couteau, le libérant de ses mains, de sorte qu'il pouvait probablement savoir dans quelle position le couteau lui reviendrait à nouveau. J’ai alors été étonné de constater que presque sans exception, tous les tours de jonglage exécutés ce soir-là étaient une illustration du principe énoncé ci-dessus.

Nouvelle solution au problème de Columbus

Colomb a résolu trop simplement son fameux problème de placement d’un œuf : il a cassé sa coquille. Cette décision est, en substance, incorrecte : après avoir brisé la coquille de l'œuf, Colomb a changé sa forme et, par conséquent, a placé non pas un œuf, mais un autre corps ; après tout, toute l'essence du problème réside dans la forme d'un œuf : en changeant la forme, on remplace l'œuf par un autre corps. Colomb n’a pas apporté de solution au corps pour lequel elle était recherchée.

Figure 31. Solution au problème de Colomb : l'œuf tourne en se tenant debout sur son extrémité.

Pendant ce temps, vous pouvez résoudre le problème du grand navigateur sans changer du tout la forme de l'œuf, si vous utilisez la propriété du sommet ; Pour ce faire, il suffit simplement de mettre l'œuf dans un mouvement de rotation autour de son axe long - et il restera un certain temps sur une extrémité émoussée ou même pointue sans basculer. La figure montre comment procéder : l'œuf subit un mouvement de rotation avec vos doigts. En retirant vos mains, vous verrez que l'œuf continue de tourner debout pendant un certain temps : le problème est résolu.

Pour l'expérience, vous devez absolument prendre des œufs à la coque. Cette restriction ne contredit pas les conditions du problème de Colomb : l’ayant proposée, Colomb a immédiatement pris un œuf sur la table et, vraisemblablement, aucun œuf cru n’a été servi à table. Vous ne parviendrez guère à faire tourner un œuf cru à la verticale, car la masse liquide interne est dans ce cas un frein. C'est d'ailleurs un moyen simple de distinguer les œufs crus des œufs durs - une technique connue de nombreuses femmes au foyer.

Gravité « détruite »

« L'eau ne s'écoule pas d'un récipient qui tourne, elle ne s'écoule pas même lorsque le récipient est retourné, car la rotation interfère avec cela », écrivait Aristote il y a deux mille ans. En figue. 32 représente cette expérience spectaculaire, sans doute familière à beaucoup : en faisant tourner un seau d'eau assez rapidement, comme le montre la figure, on obtient que l'eau ne se répande pas même dans la partie du chemin où le seau est bouleversé.

Dans la vie de tous les jours, il est d'usage d'expliquer ce phénomène par la « force centrifuge », c'est-à-dire cette force imaginaire qui est censée s'appliquer au corps et détermine son désir de s'éloigner du centre de rotation. Cette force n'existe pas : ce désir n'est rien d'autre qu'une manifestation de l'inertie, et tout mouvement par inertie s'effectue sans la participation de la force. En physique, la force centrifuge signifie autre chose, à savoir la force réelle avec laquelle un corps en rotation tire le fil qui le maintient ou appuie sur sa trajectoire courbe. Cette force s'applique non pas à un mobile, mais à un obstacle qui l'empêche de se déplacer de manière rectiligne : à un fil, à des rails sur une section courbe de voie, etc.

En ce qui concerne la rotation du godet, nous tenterons de comprendre la raison de ce phénomène, sans recourir du tout à la notion ambiguë de « force centrifuge ». Posons-nous la question : où ira le jet d'eau si un trou est fait dans la paroi du seau ? S'il n'y avait pas de gravité, le jet d'eau serait, par inertie, dirigé le long de la tangente AK au cercle AB (Fig. 32). La gravité fait diminuer le jet et décrire une courbe (parabole AR). Si la vitesse périphérique est suffisamment élevée, cette courbe se situera en dehors du cercle AB. Le ruisseau révèle devant nous le chemin le long duquel, lorsque le seau tourne, l'eau se déplacerait si le seau n'interférait pas avec la pression exercée sur lui. Maintenant, il est clair que l'eau n'a pas du tout tendance à se déplacer verticalement vers le bas et ne s'écoule donc pas du seau. Il ne pouvait en sortir que si le seau avait son trou orienté dans le sens de sa rotation.

Figure 32. Pourquoi l'eau ne s'écoule-t-elle pas du seau rotatif ?

Calculez maintenant à quelle vitesse le seau doit tourner dans cette expérience pour que l'eau n'en sorte pas. Cette vitesse doit être telle que l'accélération centripète du seau en rotation ne soit pas inférieure à l'accélération de la gravité : alors le chemin le long duquel l'eau a tendance à se déplacer se situera en dehors du cercle décrit par le seau, et l'eau ne sera pas en retard sur le seau n'importe où. La formule de calcul de l’accélération centripète W est :

où v est la vitesse périphérique, R est le rayon de la trajectoire circulaire. Puisque l’accélération de la gravité à la surface de la Terre est g = 9,8 m/sec2, nous avons l’inégalité v2/R» = 9,8. Si nous fixons R égal à 70 cm, alors

La capacité d'un liquide à se presser contre les parois d'un récipient dans lequel il tourne autour d'un axe horizontal est utilisée dans la technologie de coulée dite centrifuge. Dans ce cas, il est indispensable que le liquide hétérogène soit stratifié par densité : les composants les plus lourds sont situés plus loin de l'axe de rotation, les plus légers occupent une place plus proche de l'axe. En conséquence, tous les gaz contenus dans le métal en fusion et formant ce que l'on appelle les « coquilles » dans la pièce moulée sont libérés du métal dans la partie intérieure creuse de la pièce moulée. Les produits ainsi fabriqués sont denses et exempts de coquilles. Le moulage par centrifugation est moins cher que le moulage par injection conventionnel et ne nécessite pas d'équipement complexe.

Toi en tant que Galilée

Pour les amateurs de sensations fortes, un divertissement très particulier est parfois organisé - ce qu'on appelle le « swing du diable ». Il y a eu un tel mouvement à Leningrad. Je n’ai pas eu besoin de me balancer dessus moi-même, je vais donc donner ici sa description tirée de la collection plaisir scientifique Fedo :

« La balançoire est suspendue à une solide barre horizontale lancée à travers la pièce à une hauteur connue au-dessus du sol. Lorsque tout le monde est assis, un préposé spécialement désigné verrouille la porte d'entrée, retire le panneau utilisé pour l'entrée et, déclarant qu'il va désormais donner au public la possibilité de faire un court voyage en avion, commence à balancer doucement la balançoire. Après cela, il s'assoit et se balance, comme un cocher sur ses talons, ou quitte complètement la salle.

Pendant ce temps, les balançoires deviennent de plus en plus grandes ; il s'élève apparemment jusqu'à la hauteur de la barre transversale, puis la dépasse, de plus en plus haut, et décrit enfin un cercle complet. Le mouvement s'accélère de plus en plus sensiblement, et les échangistes, bien que pour la plupart déjà avertis, éprouvent une indéniable sensation de balancement et de mouvement rapide ; Il leur semble qu'ils se précipitent la tête en bas dans l'espace, de sorte qu'ils saisissent involontairement les dossiers des sièges pour ne pas tomber.

Mais la portée commence à diminuer ; la balançoire ne monte plus à la hauteur de la barre transversale, et au bout de quelques secondes elle s'arrête complètement.

Figure 33. Schéma du dispositif « balançoire du diable ».

En fait, la balançoire restait immobile tout le temps pendant que l'expérience se poursuivait, et la salle elle-même, à l'aide d'un mécanisme très simple, tournait devant le public autour d'un axe horizontal. Différents types de meubles sont fixés au sol ou aux murs du hall ; la lampe, soudée à la table de telle manière qu'elle semble facilement basculer, est constituée d'une ampoule électrique à incandescence cachée sous un grand capot. Le préposé, qui apparemment balançait la balançoire, lui donnant de légères poussées, les faisait essentiellement correspondre aux légères vibrations de la salle et faisait seulement semblant de se balancer. Toute la situation contribue au succès complet de la tromperie.

Le secret de l’illusion, comme vous pouvez le constater, est ridiculement simple. Et pourtant, si maintenant, sachant déjà de quoi il s'agit, vous vous retrouviez sur le « foutu swing », vous succomberiez inévitablement à la tromperie. Tel est le pouvoir de l’illusion !

Vous vous souvenez du poème « Mouvement » de Pouchkine ?

Il n'y a aucun mouvement, dit le sage barbu.

Si une plate-forme tournante reçoit une courbure telle qu'à une certaine vitesse sa surface est perpendiculaire à celle résultante en chaque point, alors une personne placée au sol se sentira en tous ses points comme si elle se trouvait sur un plan horizontal. Par calcul mathématique, il a été découvert qu'une telle surface courbe est la surface d'un corps géométrique spécial - un paraboloïde. Il peut être obtenu en faisant tourner rapidement un verre à moitié rempli d'eau autour d'un axe vertical : alors l'eau sur les bords va monter, au centre elle va descendre, et sa surface prendra la forme d'un paraboloïde.

Si, au lieu d'eau, nous versons de la cire fondue dans un verre et continuons à tourner jusqu'à ce que la cire refroidisse, alors sa surface durcie nous donnera la forme exacte d'un paraboloïde. A une certaine vitesse de rotation, une telle surface est, pour les corps lourds, comme horizontale : une balle posée en un point quelconque ne roule pas vers le bas, mais reste à ce niveau (Fig. 36).

Il sera désormais facile de comprendre la structure de la boule « enchantée ».

Son fond (Fig. 37) est constitué d'une grande plate-forme tournante, à laquelle est donnée la courbure d'un paraboloïde. Bien que la rotation soit extrêmement douce grâce au mécanisme caché sous la plate-forme, les personnes sur la plate-forme auraient quand même des vertiges si les objets environnants ne bougeaient pas avec eux ; pour empêcher l'observateur de détecter un mouvement, la plate-forme est placée à l'intérieur d'une grande boule aux parois opaques, qui tourne à la même vitesse que la plate-forme elle-même.

Figure 36. Si ce verre tourne à une vitesse suffisante, la balle ne roulera pas vers le bas.

Figure 37. Boule « enchantée » (section).

C'est la structure de ce carrousel, que l'on appelle la sphère « enchantée » ou « magique ». Que ressentez-vous lorsque vous êtes sur une plateforme à l’intérieur de la sphère ? Lorsqu'il tourne, le sol sous vos pieds est horizontal, peu importe où vous vous trouvez sur la courbe de la plateforme - au niveau de l'axe, là où le sol est vraiment horizontal, ou au niveau du bord, où il est incliné à 45°. Les yeux voient clairement la concavité, mais le sens musculaire indique qu'il y a un endroit plat sous vous.

Les témoignages des deux sens se contredisent de la manière la plus dramatique. Si vous vous déplacez d'un bord à l'autre de la plate-forme, il vous semblera que l'énorme boule entière, avec la facilité d'une bulle de savon, a basculé de l'autre côté sous le poids de votre corps : après tout, en chaque point, vous avez l'impression d'être sur un plan horizontal. Et la position des autres personnes debout obliquement sur la plate-forme devrait vous paraître extrêmement inhabituelle : il vous semblera littéralement que les gens marchent sur les murs comme des mouches (Fig. 39).

L'eau versée sur le sol d'une boule enchantée se répandrait en une couche uniforme sur sa surface incurvée. Il semblerait aux gens que l’eau se dresse ici devant eux comme un mur incliné.

Les idées habituelles sur les lois de la gravité semblent s'annuler dans ce bal étonnant, et nous sommes transportés dans un monde fabuleux de merveilles...

Le pilote éprouve des sensations similaires en virage. Ainsi, s’il vole à une vitesse de 200 km/h selon une courbe d’un rayon de 500 m, alors la terre devrait lui apparaître surélevée et inclinée de 16°.

Figure 38. La véritable position des personnes à l'intérieur de la boule « enchantée ».

Figure 39. La position présentée à chacun des deux visiteurs.

Figure 40. Laboratoire tournant - position réelle.

Figure 41. Position apparente du même laboratoire tournant.

En Allemagne, dans la ville de Göttingen, un laboratoire tournant similaire a été construit pour la recherche scientifique. Il s'agit (Fig. 40) d'une pièce cylindrique de 3 m de diamètre, tournant à une vitesse pouvant atteindre 50 tours par seconde. Étant donné que le sol de la pièce est plat, lors de la rotation, il semble à un observateur debout près du mur que la pièce est inclinée vers l'arrière, et lui-même est allongé sur le mur en pente (Fig. 41).

Télescope liquide

La meilleure forme pour le miroir d'un télescope à réflexion est parabolique, c'est-à-dire exactement la forme que prend naturellement la surface d'un liquide dans un récipient en rotation. Les concepteurs de télescopes consacrent beaucoup de travail minutieux à donner cette forme au miroir. Fabriquer un miroir pour un télescope prend des années. Le physicien américain Wood a contourné ces difficultés en construisant un miroir liquide : en faisant tourner le mercure dans un large récipient, il a obtenu une surface parabolique idéale qui pourrait jouer le rôle de miroir, puisque le mercure réfléchit bien les rayons lumineux. Le télescope de Wood a été installé dans un puits peu profond.

L'inconvénient du télescope est cependant que le moindre choc plisse la surface du miroir liquide et déforme l'image, ainsi que le fait que le miroir horizontal permet d'examiner directement uniquement les luminaires qui sont au zénith.

"La boucle du diable"

Vous connaissez peut-être l'astuce cycliste ahurissante parfois pratiquée dans les cirques : un cycliste fait une boucle de bas en haut et complète un cercle complet, même s'il doit rouler à l'envers en haut du cercle. Un chemin en bois est aménagé dans l'arène sous la forme d'une boucle avec une ou plusieurs boucles, comme le montre notre Fig. 42. L'artiste descend à vélo la partie inclinée de la boucle, puis s'envole rapidement sur son cheval d'acier pour remonter. , le long de sa partie circulaire, et effectue tour complet, littéralement à l'envers, et glisse en toute sécurité jusqu'au sol.

Figure 42. « La boucle du diable ». Ci-dessous à gauche, un diagramme pour le calcul.

Ce tour de vélo déroutant semble être le summum de l’art acrobatique. Le public perplexe se demande avec perplexité : quelle force mystérieuse tient le casse-cou la tête en bas ? Ceux qui se méfient sont prêts à soupçonner ici une tromperie astucieuse, mais en attendant, il n'y a rien de surnaturel dans cette astuce. Cela s’explique entièrement par les lois de la mécanique. Une boule de billard lancée par ce chemin ferait de même, avec non moins de succès. Il existe des « boucles du diable » miniatures dans les salles de classe de physique des écoles.

Fin de l'essai gratuit.

Il y a tellement de choses intéressantes dans le monde qui nous entoure ! Et c'est très curieux d'apprendre des choses nouvelles et surprenantes. Le livre Entertaining Physics de Yakov Perelman peut vous présenter de tels phénomènes. Ce n'est pas un manuel d'étude, mais un livre qui suscite l'intérêt des enfants, les encourage à apprendre de nouvelles choses, à découvrir l'insolite et la curiosité. Il contient une variété de questions, de tâches et d'expériences qui vous motivent à étudier la physique plus en profondeur. L'auteur donne de nombreuses tâches logiques différentes et parle des paradoxes de notre monde.

Avec l'aide de ce livre, vous pouvez voir des phénomènes familiers sous un angle complètement différent et comprendre pourquoi cela se produit. Par exemple, il explique ce qu'est le centre du corps humain et où il se trouve, comment se produit la tromperie auditive, pourquoi un cerf-volant vole et ce qu'est réellement la marche. Le livre contient également beaucoup de choses intéressantes, certains cas sont tirés d'œuvres célèbres de fiction mondiale, divers types de préjugés sont examinés et les lois scientifiques sont expliquées à l'aide d'exemples simples de la vie quotidienne.

Ce livre convient aux étudiants école primaire et les enfants plus âgés. Il sera également utile à ceux qui souhaitent apprendre par eux-mêmes quelque chose d'intéressant. Les parents peuvent lire ce livre et raconter des choses intéressantes à leurs enfants, leur transmettre des connaissances qui leur seront utiles et stimuleront leur soif de connaissances.

L'œuvre appartient au genre Science. Il a été publié en 2017 par AST Publishing House. Le livre fait partie de la série « La science passionnante de Yakov Perelman ». Sur notre site Internet, vous pouvez télécharger le livre "Entertaining Physics" au format fb2, rtf, epub, pdf, txt ou le lire en ligne. La note du livre est de 4,54 sur 5. Ici, avant de lire, vous pouvez également consulter les critiques de lecteurs qui connaissent déjà le livre et connaître leur opinion. Dans la boutique en ligne de notre partenaire, vous pouvez acheter et lire le livre en version papier.

La maison d'édition "RIMIS" est lauréate du Prix littéraire du même nom. Alexandra Belyaev 2008.

Le texte et les dessins sont restaurés à partir du livre de Ya. I. Perelman « Entertaining Physics », publié par P. P. Soykin (Saint-Pétersbourg) en 1913.

© Maison d'édition RIMIS, édition, conception, 2009

* * *

Vulgarisateur scientifique exceptionnel

Le chanteur des mathématiques, le barde de la physique, le poète de l'astronomie, le héraut de l'astronautique - c'était et reste dans la mémoire de Yakov Isidorovich Perelman, dont les livres ont été vendus dans le monde entier à des millions d'exemplaires.

Le nom de cette personne remarquable est associé à l’émergence et au développement d’un genre particulier – divertissant – de vulgarisation scientifique des fondamentaux de la connaissance. Auteur de plus d'une centaine de livres et de brochures, il avait le don rare de parler de vérités scientifiques arides d'une manière passionnante et intéressante, suscitant une curiosité et une curiosité brûlantes - ce sont les premières étapes du travail indépendant de l'esprit.

Il suffit de se familiariser même brièvement avec ses livres et essais de vulgarisation scientifique pour constater l’orientation particulière de la pensée créatrice de leur auteur. L'objectif de Perelman était de montrer les phénomènes ordinaires dans une perspective inhabituelle et paradoxale, tout en maintenant l'impeccabilité scientifique de leur interprétation. La principale caractéristique sa méthode créative était une capacité exceptionnelle à surprendre le lecteur, à capter son attention dès le premier mot. "Nous cessons très tôt d'être surpris", écrit Perelman dans son article "What is Entertaining Science", "nous perdons très tôt la capacité qui nous pousse à nous intéresser à des choses qui n'affectent pas directement notre existence... L'eau serait, sans sans aucun doute, la substance la plus étonnante de la nature, et la Lune - la vue la plus étonnante du ciel, si les deux n'apparaissaient pas trop souvent.

Pour montrer l’ordinaire sous un jour inhabituel, Perelman a utilisé avec brio la méthode de la comparaison inattendue. Une pensée scientifique pointue, une immense culture générale, physique et mathématique, l'utilisation habile de nombreux faits et intrigues littéraires, scientifiques et quotidiens, leur interprétation étonnamment spirituelle et complètement inattendue ont conduit à l'apparition de nouvelles et d'essais scientifiques et artistiques fascinants qui sont lus avec une attention et un intérêt constants. Toutefois, une présentation divertissante n’est en aucun cas une fin en soi. Au contraire, il ne s’agit pas de transformer la science en divertissement et en divertissement, mais de mettre la vivacité et le talent artistique de la présentation au service de la compréhension des vérités scientifiques - telle est l’essence de la méthode littéraire et de vulgarisation de Yakov Isidorovich. "Pour qu'il n'y ait pas de superficialité, pour que les faits soient connus..." - Perelman a strictement suivi cette pensée tout au long de ses 43 ans de carrière créative. C’est dans la combinaison d’une stricte fiabilité scientifique et d’une forme de présentation divertissante et non triviale que réside le secret du succès continu des livres de Perelman.

Perelman n’était pas un écrivain de salon, coupé de la réalité vivante. Il a répondu rapidement aux besoins pratiques de son pays de manière journalistique. Lorsqu'en 1918 le Conseil des commissaires du peuple de la RSFSR publia un décret sur l'introduction du système métrique de poids et mesures, Yakov Isidorovich fut le premier à publier plusieurs brochures populaires sur ce sujet. Il a souvent donné des conférences devant des publics professionnels, scolaires et militaires (il a donné environ deux mille conférences). À la suggestion de Perelman, soutenu par N.K. Krupskaya, le premier magazine scientifique populaire soviétique « Dans l'atelier de la nature » commença à être publié (sous sa propre direction). Yakov Isidorovich n'est pas resté à l'écart de la réforme de l'école secondaire.

Il faut souligner que les activités pédagogiques de Perelman étaient également marquées par un véritable talent. Pendant plusieurs années, il a enseigné des cours de mathématiques et de physique dans les établissements d'enseignement supérieur et secondaire. les établissements d'enseignement. En outre, il a écrit 18 manuels et aides à l'enseignement pour l'École ouvrière unifiée soviétique. Deux d'entre eux - "Lecteur physique", numéro 2, et "Nouveau livre de problèmes de géométrie" (1923) ont reçu le très grand honneur de prendre place sur les étagères de la bibliothèque du Kremlin de Vladimir Ilitch Lénine.

L'image de Perelman est conservée dans ma mémoire - une personne très instruite, extrêmement modeste, quelque peu timide, extrêmement correcte et charmante, toujours prête à aider. l'aide dont vous avez besoinà vos collègues. C'était un véritable travailleur de la science.

Le 15 octobre 1935, la Maison des sciences divertissantes a commencé à fonctionner à Leningrad - une exposition visible et incarnée des livres de Perelman. Des centaines de milliers de visiteurs ont parcouru les salles de cette institution culturelle et éducative unique. Parmi eux se trouvait Georgy Grechko, écolier de Leningrad, aujourd'hui pilote-cosmonaute de l'URSS, deux fois héros Union soviétique, Docteur en Sciences Physiques et Mathématiques. Le sort de deux autres cosmonautes - les héros de l'Union soviétique K. P. Feoktistov et B. B. Egorov - est également lié à Perelman : dans leur enfance, ils ont connu le livre « Voyage interplanétaire » et s'y sont intéressés.

Quand le Grand Guerre patriotique, Ya. I. Le patriotisme de Perelman et sa haute conscience du devoir civique envers la patrie se sont clairement manifestés. Resté à Leningrad assiégé, lui, qui n'était plus un jeune homme (il avait 60 ans), endura avec constance, avec tous les Léningradiens, les tourments et les difficultés inhumains du blocus. Malgré les bombardements de l'artillerie ennemie et les bombardements aériens de la ville, Yakov Isidorovich a trouvé la force de vaincre la faim et le froid et de parcourir Léningrad d'un bout à l'autre pour assister à des conférences dans les unités militaires. Il a enseigné aux officiers de reconnaissance de l'armée et de la marine, ainsi qu'aux partisans, ce qui était extrêmement important à l'époque : la capacité de naviguer sur le terrain et de déterminer les distances des cibles sans aucun instrument. Oui, et la science divertissante servait à vaincre l’ennemi !

À notre grand regret, le 16 mars 1942, Yakov Isidorovich est décédé - il est mort de faim pendant le siège...

Les livres de Ya. I. Perelman continuent de servir le peuple à ce jour - ils sont constamment réédités dans notre pays et connaissent un succès constant auprès des lecteurs. Les livres de Perelman sont largement connus à l'étranger. Ils ont été traduits en hongrois, bulgare, anglais, français, allemand et dans de nombreuses autres langues étrangères.

À ma suggestion, l’un des cratères de l’autre côté de la Lune a reçu le nom de « Perelman ».

Académicien V. P. Glushko

Extraits de la préface du livre « Docteur en sciences du divertissement » (G. I. Mishkevich, M. : « Znanie », 1986).

Préface

Le livre proposé, par la nature du matériel qui y est rassemblé, est quelque peu différent des autres collections de ce type. Les expériences physiques, au sens exact du mot, y occupent une place secondaire ; tâches divertissantes, des questions complexes et des paradoxes issus du domaine de la physique élémentaire qui peuvent servir à des fins de divertissement mental. D'ailleurs, certaines œuvres de fiction (Jules Verne, C. Flammarion, E. Poe, etc.) sont utilisées comme matériau similaire ; La collection comprend également des articles sur des questions intéressantes de physique élémentaire, généralement non abordées dans les manuels scolaires.

Parmi les expériences, le livre comprend principalement celles qui sont non seulement instructives, mais aussi divertissantes et, de plus, peuvent être réalisées à l'aide d'objets toujours à portée de main. Les expériences et les illustrations ont été empruntées à Tom Titus, Tisandier, Beuys et d'autres.

Je considère comme un devoir agréable d'exprimer ma gratitude au savant forestier I.I. Polferov, qui m'a rendu des services irremplaçables dans la lecture des dernières épreuves.

Saint-Pétersbourg, 1912

Ouais Perelman

Dessin de Stevin sur la page de titre de son livre ("Miracle and Not a Miracle").

Chapitre I
Addition et décomposition de mouvements et de forces

Quand nous déplaçons-nous plus rapidement autour du Soleil – pendant le jour ou la nuit ?

Question bizarre! La vitesse du mouvement de la Terre autour du Soleil ne semble en aucun cas être liée au changement de jour et de nuit. De plus, sur Terre, il fait toujours jour dans une moitié et nuit dans l'autre, donc la question elle-même n'a apparemment aucun sens.

Cependant, ce n’est pas le cas. Il ne s'agit pas de savoir quand Terre se déplace plus vite, mais à peu près quand Nous, les gens, nous évoluons plutôt dans l’espace global. Et cela change les choses. N'oubliez pas que nous effectuons deux mouvements : nous nous précipitons autour du Soleil et en même temps nous tournons autour de l'axe de la Terre. Ces deux mouvements replier– et le résultat est différent selon que l’on se trouve sur la moitié diurne ou nocturne de la Terre. Jetez un œil au dessin - et vous verrez immédiatement que la nuit, la vitesse de rotation est ajoutéà la vitesse d'avancement de la Terre, et pendant la journée, au contraire, est emporté d'elle.

Riz. 1. Les gens dans la moitié nocturne du globe se déplacent autour du Soleil plus rapidement que pendant la moitié diurne.

Cela signifie que la nuit, nous nous déplaçons plus rapidement dans l’espace mondial que le jour.

Étant donné que chaque point de l'équateur s'étend sur environ un demi-mile par seconde, pour la bande équatoriale, la différence entre les vitesses de midi et de minuit atteint un mile entier par seconde. Pour Saint-Pétersbourg (située au 60e parallèle), cette différence est exactement la moitié.

Le mystère de la roue

Fixez une plaquette blanche sur le côté de la jante d'une roue de chariot (ou sur un pneu de vélo) et observez-la pendant que le chariot (ou le vélo) se déplace. Vous remarquerez un phénomène étrange : alors que la plaquette est au bas de la roue qui roule, elle est assez clairement visible ; au contraire, en haut de la roue la même plaquette clignote si vite qu'on n'a pas le temps de la voir. Qu'est-ce que c'est? Vraiment la partie supérieure La roue bouge-t-elle plus vite que celle du bas ?

Votre perplexité augmentera encore si vous comparez les rayons supérieurs et inférieurs d'une roue qui roule : il s'avère que si les rayons supérieurs se fondent en un tout continu, les rayons inférieurs restent assez clairement visibles. Encore une fois, c’est comme si le haut de la roue roulait plus vite que le bas. Mais en attendant, nous sommes fermement convaincus que la roue bouge uniformément dans toutes ses parties.

Quelle est la réponse à cet étrange phénomène ? Oui, simplement que les parties supérieures de chaque roue bouge vraiment plus vite que ceux ci-dessous. Cela semble tout à fait incroyable à première vue, et pourtant c’est le cas.

Un raisonnement simple nous en convaincra. Rappelons que chaque pointe d'une roue qui roule effectue deux mouvements à la fois : elle tourne autour d'un axe et en même temps avance selon cet axe. Événement ajout de deux mouvements- et le résultat de cet ajout n'est pas du tout le même pour les parties supérieures et inférieures de la roue. A savoir, au sommet de la roue il y a un mouvement de rotation est ajoutéà translation, puisque les deux mouvements sont dirigés dans la même direction. Dans la partie inférieure de la roue, le mouvement de rotation est dirigé vers verso Et est emporté du progressif. Le premier résultat, bien sûr, est supérieur au second - et c'est pourquoi les parties supérieures de la roue se déplacent plus rapidement que les parties inférieures.

Le haut d’une roue qui roule se déplace plus vite que le bas. Comparez les mouvements de AA" et BB".

Que tel soit bien le cas peut être facilement vérifié par une simple expérience, que nous recommandons de faire à la première occasion favorable. Enfoncez un bâton dans le sol à côté de la roue d'un chariot debout de manière à ce que le bâton soit contre l'axe (voir Fig. 2). Sur la jante, tout en haut et tout en bas, faites une marque à la craie ; ces marques sont des points UN Et B sur la photo - ils devront lutter contre le bâton. Maintenant, faites rouler un peu le chariot vers l'avant (voir Figure 3) jusqu'à ce que l'essieu soit à environ 1 pied du bâton - et remarquez comment vos marques bougent. Il s'avère que la note la plus élevée est UN– a bougé beaucoup plus que celui du bas – B, qui ne s'est que légèrement éloigné du bâton selon un angle vers le haut.

En un mot, le raisonnement et l'expérience confirment l'idée, étrange à première vue, que la partie supérieure de toute roue qui roule se déplace plus vite que la partie inférieure.

Quelle partie du vélo bouge le plus lentement que toutes les autres ?

Vous savez déjà que tous les points d'un chariot ou d'un vélo en mouvement ne se déplacent pas aussi rapidement et que les points des roues qui bougent le plus lentement sont ceux qui ce moment entrer en contact avec le sol.

Bien entendu, tout cela n’a lieu que pour roulant roues, et non pour celui qui tourne sur un axe fixe. Dans un volant d'inertie, par exemple, les points supérieur et inférieur de la jante se déplacent à la même vitesse.

Le mystère de la roue du chemin de fer

Un phénomène encore plus inattendu se produit dans une roue de chemin de fer. Vous savez bien sûr que ces roues ont un bord saillant sur la jante. Et ainsi, le point le plus bas d'une telle jante, lorsque le train bouge, n'avance pas du tout, mais recule ! Ceci est facile à vérifier avec un raisonnement similaire au précédent - et nous laissons au lecteur le soin d'arriver à la conclusion inattendue, mais tout à fait correcte, que dans un train en mouvement rapide, il y a des points qui n'avancent pas, mais reculent. Certes, ce mouvement inverse ne dure qu'une fraction de seconde insignifiante, mais cela ne change rien : le mouvement inverse (et assez rapide en plus - deux fois plus rapide qu'un piéton) existe toujours, contrairement à nos idées habituelles.

Riz. 4. Lorsque la roue du chemin de fer roule le long du rail vers la droite, le point R. son bord recule vers la gauche.

D'où vient le bateau ?

Imaginez qu'un bateau à vapeur navigue sur un lac et laissez la flèche un En figue. 5 montre la vitesse et la direction de son mouvement. Un bateau navigue au-dessus de lui, et la flèche b représente sa vitesse et sa direction. Si on vous demande d'où est parti ce bateau, vous indiquerez immédiatement le point UN sur la côte. Mais si vous posez la même question aux passagers d'un voilier, ils vous indiqueront un point complètement différent.

Cela se produit parce que les passagers du navire ne voient pas le bateau bouger du tout perpendiculairement à son mouvement. Il ne faut pas oublier qu'ils ne ressentent pas leur propre mouvement. Il leur semble qu'eux-mêmes sont immobiles et que le bateau fonce à leur vitesse dans la direction opposée (rappelez-vous ce que l'on voit lorsque l'on monte dans un wagon). C'est pourquoi pour eux le bateau ne bouge pas uniquement dans le sens de la flèche b, mais aussi dans le sens de la flèche c, – ce qui est égal un, mais dirigé dans la direction opposée (voir Fig. 6). Ces deux mouvements - réels et apparents - s'additionnent et, par conséquent, il semble aux passagers du navire que le bateau se déplace en diagonale le long d'un parallélogramme construit sur b Et c. Cette diagonale, indiquée sur la Fig. 6 avec une ligne pointillée exprime l'ampleur et la direction du mouvement apparent.

Riz. 5. Bateau ( b) navigue sur le bateau à vapeur ( un).

C'est pourquoi les passagers prétendront que le bateau a appareillé à B, pas dedans UN.

Lorsque nous, nous précipitant avec la Terre sur son orbite, rencontrons les rayons d'une étoile, nous jugeons alors le lieu d'origine de ces rayons aussi incorrectement que les passagers mentionnés ci-dessus se trompent en déterminant le lieu de départ du deuxième bateau. . Par conséquent, toutes les étoiles nous semblent légèrement avancées le long de la trajectoire du mouvement de la Terre. Mais comme la vitesse de déplacement de la Terre est négligeable par rapport à la vitesse de la lumière (10 000 fois inférieure), ce mouvement est extrêmement insignifiant et ne peut être détecté qu’à l’aide des instruments astronomiques les plus précis. Ce phénomène est appelé « aberration lumineuse ».

Riz. 6. Passagers du navire ( un) ressemble à un bateau ( b) flotte à partir d'un point B.

Mais revenons au problème du bateau à vapeur et du bateau évoqué plus haut.

Si de tels phénomènes vous intéressent, essayez, sans changer les conditions du problème précédent, de répondre aux questions : dans quelle direction se déplace le navire ? pour les passagers du bateau? Vers quel point du rivage le navire se dirige-t-il, selon ses passagers ? Pour répondre à ces questions, vous devez être en ligne un construire, comme précédemment, un parallélogramme de vitesses. Sa diagonale montrera que pour les passagers du bateau, le paquebot semble naviguer dans une direction oblique, comme s'il était sur le point de s'amarrer à un endroit du rivage situé (sur la Fig. 6) à droite. B.

Est-il possible de soulever une personne avec sept doigts ?

Quiconque n'a jamais tenté cette expérience dira probablement que soulever un adulte sur ses doigts est une chose. impossible. En attendant, cela se fait très facilement et simplement. Cinq personnes doivent participer à l'expérience : deux mettent leurs index (des deux mains) sous les pieds de la personne soulevée ; les deux autres se soutiennent avec leurs index main droite ses coudes ; enfin, le cinquième met son index sous le menton de la personne soulevée. Puis, sur commande : « Un, deux, trois ! – tous les cinq soulèvent leur camarade à l’unanimité, sans tension notable.

Riz. 7. Vous pouvez soulever un adulte avec sept doigts.

Si vous faites cette expérience pour la première fois, vous serez étonné de la facilité inattendue avec laquelle elle est réalisée. Le secret de cette facilité réside dans la loi décomposition force Le poids moyen d’un adulte est de 170 livres ; ces 170 livres exercent une pression sur sept doigts à la fois, de sorte que chaque doigt ne supporte qu'environ 25 livres. Il est relativement facile pour un adulte de soulever une telle charge avec un seul doigt.

Soulever une carafe d'eau avec une paille

Cette expérience semble également totalement impossible à première vue. Mais nous venons de voir à quel point il est imprudent de se fier au « premier coup d’œil ».

Prenez une paille longue, solide et solide, pliez-la et insérez-la dans une carafe d'eau comme indiqué sur la figure. 8 : son extrémité doit reposer contre la paroi de la carafe. Vous pouvez maintenant le soulever : la paille retiendra la carafe.

Riz. 8. Une carafe d'eau est suspendue à une paille.

Lors de l'introduction d'une paille, vous devez vous assurer que la partie de celle-ci qui repose contre la paroi de la carafe est parfaitement droite ; sinon la paille se pliera et tout le système s’effondrera. Le problème ici est que la force (le poids de la carafe) agit strictement en longueur Pailles : Dans le sens longitudinal, la paille a une grande résistance, même si elle se brise facilement dans le sens transversal.

Il est préférable d’apprendre d’abord à réaliser cette expérience avec une bouteille, puis d’essayer de la répéter avec une carafe. Nous recommandons aux expérimentateurs inexpérimentés de placer quelque chose de mou sur le sol, juste au cas où. La physique est une grande science, mais il n'est pas nécessaire de casser des carafes...

L’expérience suivante est très similaire à celle décrite et repose sur le même principe.

Percer une pièce de monnaie avec une aiguille

L'acier est plus dur que le cuivre et, par conséquent, sous une certaine pression, une aiguille en acier doit percer une pièce de cuivre. Le seul problème est que lorsqu'un marteau frappe l'aiguille, il la plie et la casse. Il est donc nécessaire d'organiser l'expérience de manière à éviter que l'aiguille ne se plie. Ceci est réalisé très simplement : enfoncez l'aiguille dans le bouchon le long de son axe - et vous pouvez vous mettre au travail. Placez une pièce de monnaie (kopeck) sur deux blocs de bois, comme indiqué sur la fig. 9, et placez un bouchon avec une aiguille dessus. Quelques coups prudents et la pièce est cassée. Le bouchon de l'expérience doit être dense et suffisamment haut.

Riz. 9. L’aiguille perce la pièce de cuivre.

Pourquoi les objets pointus sont-ils épineux ?

Avez-vous déjà réfléchi à la question : pourquoi une aiguille pénètre-t-elle si facilement dans différents objets ? Pourquoi est-il facile de percer du tissu ou du carton avec une aiguille fine et si difficile de percer avec une tige épaisse ? En effet, dans les deux cas, il semblerait que la même force agisse.

Le fait est que la force n’est pas la même. Dans le premier cas, toute la pression est concentrée sur la pointe de l'aiguille, tandis que dans le second cas la même force est répartie sur une surface beaucoup plus grande de l'extrémité de la tige. La surface de la pointe de l'aiguille est des milliers de fois inférieure à la surface de l'extrémité de la tige et, par conséquent, la pression de l'aiguille sera des milliers de fois supérieure à la pression de la tige - avec la même force de nos muscles.

De manière générale, lorsqu'on parle de pression, il faut toujours, en plus de la force, prendre en compte également la taille de la zone sur laquelle agit cette force. Quand on nous dit que quelqu'un reçoit 600 roubles. salaire, alors on ne sait pas encore si c'est beaucoup ou peu : il faut savoir - par an ou par mois ? De la même manière, l’effet d’une force dépend si la force est répartie par pouce carré ou concentrée sur 1/100 de pouce carré. millimètre.

Pour exactement la même raison, un couteau bien aiguisé coupe mieux qu’un couteau émoussé.

Ainsi, les objets aiguisés sont épineux et les couteaux aiguisés coupent bien car une énorme puissance est concentrée sur leurs pointes et leurs lames.

Chapitre II
La gravité. Bras de levier. Balance

Sur la pente

Nous sommes tellement habitués à voir des corps lourds rouler sur un plan incliné que l'exemple d'un corps roulant librement vers le haut semble à première vue presque un miracle. Cependant, il n’y a rien de plus simple que d’organiser un tel miracle imaginaire. Prenez une bande de carton souple, pliez-la en cercle et collez les extrémités ensemble - vous obtiendrez un anneau en carton. Collez une pièce de monnaie lourde, comme une pièce de cinquante kopecks, à l'intérieur de cet anneau avec de la cire. Placez maintenant cet anneau à la base du plateau incliné de manière à ce que la pièce soit devant le point d'appui, en haut. Relâchez l'anneau et il remontera tout seul la pente (voir Fig. 10).

Riz. 10. L’anneau s’enroule tout seul.

La raison est claire : la pièce, en raison de son poids, a tendance à occuper la position la plus basse de l'anneau, mais, en se déplaçant avec l'anneau, elle l'oblige ainsi à rouler vers le haut.

Si vous souhaitez faire de l’expérience un point central et épater vos invités, vous devez la mettre en scène un peu différemment. Attachez un objet lourd à l’intérieur d’une boîte à chapeau ronde vide ; puis, après avoir fermé la boîte et l'avoir bien placée au milieu du plateau incliné, demandez aux invités : où roulera la boîte si elle n'est pas maintenue - vers le haut ou vers le bas ? Bien sûr, tout le monde dira à l’unanimité que c’est down, et ils seront bien étonnés lorsque la boîte roulera sous leurs yeux. L’inclinaison du plateau ne doit bien entendu pas être trop importante pour cela.

Versta est une unité russe de mesure de distance égale à cinq cents brasses ou 1 066,781 mètres. - Environ. éd.

Pied – (pied anglais – pied) – unité de mesure de distance britannique, américaine et russe ancienne, égale à 30,48 centimètres. Non inclus dans le système SI. - Environ. éd.

Pouce - (du néerlandais duim - pouce) – nom russe pour une unité de distance dans certains systèmes européens non métriques, généralement égale à 1/12 ou 1/10 ("pouce décimal") du pied du pays correspondant. Le mot pouce a été introduit dans la langue russe par Pierre Ier au tout début du XVIIIe siècle. Aujourd’hui, un pouce est le plus souvent compris comme un pouce anglais, égal à 2,54 cm exactement. - Environ. éd.

Le prochain livre de Ya. I. Perelman, porté à votre attention, contient des paradoxes, des problèmes, des expériences, des questions complexes et des histoires du domaine de la physique, liées à l'éventail des phénomènes quotidiens ou tirées d'œuvres de science-fiction bien connues. Le but du livre n'est pas tant de transmettre de nouvelles connaissances au lecteur, mais de l'aider à faire revivre ce qu'il possède déjà et à stimuler l'activité de l'imagination scientifique. Des choses familières, des phénomènes familiers sont montrés sous un angle nouveau et inattendu. Les paradoxes stimulent la curiosité. Les principes de la science sont illustrés par des exemples tirés de la vie quotidienne, de fiction, du monde de la technologie moderne à l'auteur. Les préjugés courants sont abordés. Des comparaisons, des expériences, des jeux et des astuces étonnantes sont utilisés. Le plaisir et la curiosité sont mis au service de l'apprentissage.

Le livre est destiné aux élèves du secondaire et aux personnes engagées dans l'auto-éducation.

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Oui. I. Perelman

Physique divertissante

DE L'ÉDITEUR

Édition proposée de « Entertaining Physics » par Ya.I. Perelman répète les quatre précédents. L’auteur a travaillé sur le livre pendant de nombreuses années, améliorant le texte et le complétant, et pour la dernière fois de son vivant, le livre a été publié en 1936 (treizième édition). Lors de la publication des éditions ultérieures, les éditeurs ne se sont pas fixés pour objectif une révision radicale du texte ou des ajouts significatifs : l'auteur a sélectionné le contenu principal de « Entertaining Physics » de telle manière que, tout en illustrant et en approfondissant les informations de base de la physique, il n'est pas démodé à ce jour. De plus, après 1936 tant de choses ont déjà passé que le désir de refléter les dernières réalisations de la physique aurait conduit à une augmentation significative du livre et à un changement de son « visage ». Par exemple, le texte de l’auteur sur les principes du vol spatial n’est pas dépassé, et il existe déjà tellement d’éléments factuels dans ce domaine qu’on ne peut que renvoyer le lecteur à d’autres livres spécifiquement consacrés à ce sujet.

Les quatorzième et quinzième éditions (1947 et 1949) ont été publiées sous la direction du prof. A. B. Mlodzeevsky. Professeur agrégé a participé à la préparation de la seizième édition (1959 - 1960). V.A. Ougarov. Lors de l'édition de toutes les publications publiées sans auteur, les chiffres obsolètes ont seulement été remplacés, les projets qui ne se justifiaient pas ont été supprimés et des ajouts et des notes individuels ont été effectués.

Dans ce livre, l'auteur ne s'efforce pas tant de transmettre de nouvelles connaissances au lecteur, mais de l'aider à « découvrir ce qu'il sait », c'est-à-dire à approfondir et à faire revivre les informations de base de la physique qu'il possède déjà, à lui apprendre comment pour le gérer consciemment et l’encourager à l’utiliser de plusieurs manières. Ceci est réalisé en examinant une série hétéroclite d'énigmes, de questions complexes, d'histoires divertissantes, de problèmes amusants, de paradoxes et de comparaisons inattendues du domaine de la physique, liées à des phénomènes quotidiens ou tirées d'œuvres de science-fiction bien connues. Le compilateur a utilisé particulièrement largement ce dernier type de matériel, le considérant comme le plus pertinent pour les objectifs de la collection : des extraits de romans et d'histoires de Jules Verne, Wells, Mark Twain et d'autres sont en outre présentés. à leur tentation, peut également jouer un rôle important dans la qualité de l'enseignement lors de l'enseignement des illustrations en direct.

Le compilateur a essayé, dans la mesure de ses possibilités, de donner à la présentation une forme extérieurement intéressante et de transmettre l'attrait du sujet. Il était guidé par l'axiome psychologique selon lequel l'intérêt pour un sujet augmente l'attention, facilite la compréhension et contribue donc à une assimilation plus consciente et durable.

Contrairement à l'usage établi pour ce genre de recueils, dans « Entertaining Physics », très peu de place est consacrée à la description d'expériences physiques amusantes et spectaculaires. Ce livre a un objectif différent des collections qui offrent du matériel d'expérimentation. L'objectif principal"Physique divertissante" - pour exciter l'activité de l'imagination scientifique, habituer le lecteur à penser dans l'esprit de la science physique et créer dans sa mémoire de nombreuses associations de connaissances physiques avec les phénomènes les plus divers de la vie, avec tout ce avec quoi il entre généralement en contact. L'attitude à laquelle le compilateur a tenté d'adhérer lors de la révision du livre a été donnée par V.I. Lénine dans les mots suivants : « Un écrivain populaire conduit le lecteur à une réflexion profonde, à un enseignement profond, basé sur les données les plus simples et généralement connues, indiquant à l'aide de raisonnements simples ou d'exemples principaux bien choisis conclusionsà partir de ces données, amenant le lecteur réfléchi à des questions de plus en plus approfondies. Un écrivain populaire ne suppose pas un lecteur qui ne pense pas, ne veut pas ou ne peut pas penser, au contraire, il suppose chez le lecteur non développé une intention sérieuse de travailler avec sa tête et aide l'aide à accomplir ce travail sérieux et difficile, le guide, l'aide à faire ses premiers pas et enseignement avancez par vous-même » [V. I. Lénine. Collection cit., éd. 4, tome 5, p.

Compte tenu de l'intérêt manifesté par les lecteurs pour l'histoire de cet ouvrage, nous fournissons quelques informations bibliographiques à son sujet.

« Entertaining Physics » est « né » il y a un quart de siècle et est le premier-né de la grande famille de livres de son auteur, qui compte aujourd'hui plusieurs dizaines de membres.

La « physique divertissante » a eu la chance de pénétrer - comme en témoignent les lettres des lecteurs - jusque dans les coins les plus reculés de l'Union.

La diffusion importante du livre, témoignant du vif intérêt de larges cercles pour la connaissance physique, impose à l'auteur une sérieuse responsabilité quant à la qualité de son matériel. La conscience de cette responsabilité explique les nombreux changements et ajouts au texte de « Entertaining Physics » au cours des éditions répétées. Le livre, pourrait-on dire, a été écrit au cours des 25 années de son existence. Dans la dernière édition, à peine la moitié du texte de la première a été conservée, et presque aucune des illustrations.

L’auteur a reçu des demandes d’autres lecteurs lui demandant de s’abstenir de réviser le texte, afin de ne pas les obliger « à acheter chaque réédition à cause d’une douzaine de pages nouvelles ». De telles considérations ne peuvent guère dispenser l’auteur de l’obligation d’améliorer son œuvre de toutes les manières possibles. La « physique divertissante » n’est pas œuvre d'art, et l'essai est scientifique, bien que populaire. Son sujet - la physique - même dans ses fondements initiaux, est constamment enrichi de nouveaux matériaux, et le livre doit périodiquement l'inclure dans son texte.

D'un autre côté, on entend souvent des reproches selon lesquels « La physique divertissante » ne consacre pas de place à des sujets tels que les derniers progrès de la technologie radio, la fission du noyau atomique, les théories physiques modernes, etc. une incompréhension. « Entertaining Physics » a un objectif très précis ; l'examen de ces questions est la tâche d'autres travaux.

« Entertaining Physics », en plus de son deuxième livre, contient plusieurs autres ouvrages du même auteur. L'un est destiné à un lecteur relativement non préparé qui n'a pas encore commencé l'étude systématique de la physique et s'intitule « La physique à chaque étape » (publié par « Detizdat »). Les deux autres, au contraire, font référence à ceux qui ont déjà terminé leurs cours de physique au lycée. Ce sont « Mécanique divertissante » et « Connaissez-vous la physique ? ». Dernier livre est, pour ainsi dire, l’achèvement de « Entertaining Physics ».

1936 Ouais Perelman

Chapitre premier. VITESSE. AJOUT DE MOUVEMENTS.

À quelle vitesse avançons-nous ?

Un bon coureur parcourt une distance sportive de 1,5 km en 3 minutes environ. 50 secondes. (record du monde 1958 - 3 minutes 36,8 secondes). Pour comparer avec la vitesse habituelle des piétons - 1,5 m par seconde - vous devez faire un petit calcul ; il s'avère alors que l'athlète court 7 m par seconde. Cependant, ces vitesses ne sont pas tout à fait comparables : un piéton peut marcher longtemps, pendant des heures, en faisant 5 km par heure, mais un athlète est capable de maintenir une course importante. vitesse seulement pendant une courte période. Une unité militaire d'infanterie se déplace en courant trois fois plus lentement que le détenteur du record ; elle fait 2 mètres par seconde, soit plus de 7 kilomètres par heure, mais a l'avantage sur l'athlète de pouvoir faire des transitions beaucoup plus grandes.

Il est intéressant de comparer la démarche normale d'une personne avec la vitesse d'animaux lents comme un escargot ou une tortue. L'escargot est à la hauteur de la réputation que lui prête le dicton : il se déplace à une vitesse de 1,5 mm par seconde, soit 5,4 m par heure, soit exactement mille fois moins qu'une personne ! Un autre animal classiquement lent, la tortue, n'est pas beaucoup plus rapide que l'escargot : sa vitesse habituelle est de 70 m par heure.

Agile à côté d'un escargot et d'une tortue, une personne apparaîtra devant nous sous un jour différent si l'on compare son mouvement avec d'autres mouvements, même pas très rapides, dans nature environnante. Certes, il dépasse facilement le débit d'eau de la plupart des rivières de plaine et n'est pas loin derrière le vent modéré. Mais une personne ne peut rivaliser avec succès avec une mouche volant à 5 m par seconde que sur des skis. Une personne ne peut pas conduire un lièvre ou un chien de chasse, même à cheval. Une personne ne peut rivaliser de vitesse avec un aigle que dans un avion.