Космос у тебя дома
Шрифт:
Перейдем теперь к третьему, главному опыту. Когда диск хорошо раскрутился, быстрым, легким прикосновением лезвия безопасной бритвы перережьте нитку, на которой привязан шарик или камешек. Лучше это сделать вблизи шарика. Этим вы выключаете притяжение планеты к Солнцу. И шарик-планета улетает по инерции по прямой линии в «мировое пространство», куда-нибудь в кусты или траву.
В комнате этот опыт делать нельзя — можно что-нибудь разбить.
Упрощенный вариант этого опыта можно наблюдать, когда точат на точиле ножи. Сноп искр летит по инерции по касательным к вращающемуся кругу. Это раскаленные частицы металла. Они не могут удержаться на своей орбите, на которой они возникают. Ведь их никакая сила к оси круга не притягивает, и искры свободны в своем полете. Они движутся по прямым линиям. Вследствие быстроты их движения мы видим не каждую искру в отдельности, а светящиеся следы, подобные раскаленным следам метеоров, которые иногда пролетают в ночном небе.
Опыт с тремя мячиками
Сила, когда она действует на какое-то тело, все больше и больше увеличивает его скорость, вызывает ускорение этого тела. Как известно, ускорение зависит от массы и от приложенной силы. Чем больше масса, то есть чем больше инертность тела, тем большую силу надо приложить для получения нужного ускорения.
При запуске спутника Земли или космического корабля его ускоряют до нужной космической скорости (если корабль запущен на околоземную орбиту, то, как уже говорилось, ему должна быть сообщена первая космическая скорость — около 7,9 километра в секунду). Когда нужная скорость уже достигнута, работа двигателей прекращается, и спутник или корабль летит по инерции с равномерной скоростью.
Но сила может быть приложена к телу и в очень короткий промежуток времени, например, при толчке, при ударе. После такого короткого действия силы тело будет двигаться только по инерции.
Вот такие опыты мы сейчас и проделаем.
Приобретите в магазине три одинаковых небольших (диаметром около 6 сантиметров) резиновых мячика. В одном из них прорежьте острым перочинным ножом маленькую щель длиной не больше одного сантиметра. Вставьте в прорезь небольшую воронку и насыпьте в мячик дополна сухой, чистый песок. Прорезь заклейте без латки резиновым клеем. Клей легко пройдет в разрез, если мячик слегка сдавить пальцами.
Возьмите кусок не очень толстого, но достаточно упругого картона, вырежьте из него полоску длиной 40 сантиметров и шириной 4–5 сантиметров. Проколите иголкой с ниткой середину одного конца картонной полоски, завяжите нитку узлом и, согнув в дугу картонную полоску (осторожно, чтобы она не дала трещину), проколите второй конец полоски и, натянув нитку, закрепите ее.
У вас получилось нечто похожее на лук для стрельбы стрелами, только согнут наш «лук» гораздо больше, концы картонной полоски, стянутые ниткой, идут параллельно, а затем переходят в дугу.
Теперь приступим к опытам. Положите на гладкий пол комнаты нашу картонную пружину, а по обе стороны от нее, у ее концов, по одному одинаковому мячику. Мячики должны плотно прижиматься к концам картонной пружины. Зажгите спичку и поднесите ее к середине нитки. Нитка моментально перегорит, полоска распрямится, толкнет мячики с одинаковой силой, которая действует очень короткий промежуток времени. Мячики откатятся в противоположные стороны на одинаковые расстояния.
После этого опыта снова зарядите нашу картонную пружину, связав ее концы ниткой, как и прошлый раз.
Снова положите ее на пол, на то же место, но мячики около нее положите разные: с одной стороны — обыкновенный мячик, с другой — мячик, наполненный песком. Следите, чтобы мячики, как и в прошлый раз, касались концов согнутой полоски.
Поднесите к нитке горящую спичку. Картонная пружина мгновенно распрямится, толкнет мячики в противоположные стороны. Мячики откатятся, но откатятся теперь не на одинаковые расстояния, как прошлый раз. У мячика с песком масса значительно большая, а поэтому и откатился он совсем недалеко.
Во время этих опытов очень осторожно обращайтесь с огнем. Конечно, можно нитку перерезать и ножницами, но при этом может быть добавочный толчок, который передастся через картонную полоску шарикам, а это нежелательно.
От мячиков к ракете
Сейчас вы проделали опыты, которые иллюстрировали очень важный закон, на нем основан запуск искусственных спутников, космических кораблей и полеты ракет. Это закон сохранения количества движения.
В физике в разделе «Механика» есть понятие «количество движения» — математическое и очень образное выражение вывода из второго закона движения Ньютона.
Выглядит это выражение так: mv — произведение массы тела m на скорость v.
Когда вы делали опыт с одинаковыми мячиками, массы которых равны, они под действием одной и той же силы откатились на одинаковые расстояния. Если помножить скорости мячиков на их массы, то получатся одинаковые произведения. Только направления у мячиков были разные.
В другом опыте, когда у мячиков массы разные, при умножении масс на скорости тоже получаются одинаковые произведения. У одного мячика масса большая, но скорость маленькая, у другого масса маленькая — скорость большая.
Когда действуют силы в замкнутой системе — а такой системой можно считать наши мячики и картонную пружину, если не принимать во внимание силы трения о пол и воздух, — то здесь имеет место закон сохранения количества движения.
Ракета на старте — тоже замкнутая система. Она будет двигаться за счет внутренних сил. Снаружи никто ее толкать не будет.
Когда она стоит на старте, ее количество движения равно нулю. Когда же заработали реактивные двигатели и из сопел с огромной скоростью вырываются раскаленные газы, ракета устремляется вверх.
Если умножить всю массу этих газов на их скорость, то произведение будет точно равно произведению массы корпуса ракеты на ее скорость. Только направления разные: раскаленные газы летят к Земле, а ракета летит от Земли.
ОПЫТЫ С РЕАКТИВНЫМ ДВИЖЕНИЕМ