Техника твоими руками
Шрифт:
Но не всякие колебания опасны. Опасны те колебания, которые приводят к так называемому резонансу.
В далеком прошлом известно много случаев разрушения мостов, зданий, фундаментов машин в результате резонанса.
Чтобы понять, от чего зависит резонанс, проделайте такой опыт.
Из нитки и хлебного мякиша или воска сделайте маятник. Начните его раскачивать легкими толчками пальца. Если вы будете эти толчки производить ритмично в такт колебаниям маятника, то его можно раскачать очень быстро. Нужно только, чтобы толчки совпадали с движениями маятника.
Еще один пример, когда легкими, слабыми толчками можно раскачать большой маятник, — это раскачивание качелей.
Но если мы хотим затормозить и остановить качели, то наши толчки надо делать невпопад с их движением. Тогда качели быстро затормозятся.
Для того чтобы два маятника настроить в резонанс, надо сделать их одинаковой величины.
Подвесьте к натянутой горизонтально веревочке два одинаковых маятника, сделанных, как и в предыдущем опыте, из ниток и шариков из хлебного мякиша или воска.
Качните один из маятников. Через несколько секунд начнет раскачиваться и другой, сначала слабо, а затем все сильнее и сильнее. Колебания от первого маятника через веревочную «перекладину» передаются второму, и он, будучи одинакового размера с первым, тоже начнет раскачиваться.
Но стоит сделать один маятник короче другого, условие резонанса нарушается, второй маятник будет «равнодушно» висеть и даже не сдвинется с места, сколько бы ни качался первый.
Вибрация, колебания — нежелательные явления в технике, когда они появляются непрошеными гостями. Если они не всегда приводят к быстрому разрушению сооружений и машин, то, действуя постепенно, все-таки значительно ускоряют их износ. Однако инженеры в настоящее время стали использовать вибрацию для некоторых видов работ, заставили ее приносить пользу.
Например, вибрация применяется для уплотнения еще не затвердевшего бетона, для транспортировки бетона самотеком по трубам, расположенным наклонно: без вибраторов бетон застревал бы в трубах.
Рассмотрим интересное применение вибрации при забивке в грунт свай и железных балок особой формы — шпунтов.
Раньше сваи и шпунты забивали в землю ударами мощных копров, или, как их называют, «баб».
Новый способ состоит в том, что небольшое специальное устройство заставляет вибрировать поставленную вертикально длинную шпунтину. Вибрация передается через нее грунту, и его частицы становятся настолько податливыми, что стальная балка постепенно погружается в землю уже под давлением собственного веса. Этот способ забивки шпунтов более дешев и производителен, чем какой-либо иной.
А теперь проделайте опыт, который покажет, что частички земли при вибрации становятся очень податливыми, похожими на частицы жидкости.
Положите на дно чашки шарик, сделанный из пробки. Диаметр шарика может быть 1–1,5 сантиметра. Затем насыпьте в чашку какую-нибудь крупу, например рис, и положите на ее поверхность металлический шарик (от шарикового подшипника) такого же примерно размера, что и пробковый шарик.
Быстро встряхивая чашку, заставляя ее вибрировать, наблюдайте, что произойдет с шариками.
Вы увидите через некоторое время, что металлический шарик погрузился в крупу, «утонул» и, как вы потом убедитесь, дошел до самого дна чашки. А пробковый шарик, наоборот, «всплыл» на поверхность крупы. Произошло то, что обычно происходит, когда мы имеем дело с жидкостью: более тяжелое тело утонуло, более легкое — всплыло.
ВРЕД И ПОЛЬЗА ТРЕНИЯ
Кажется, как хорошо было бы без трения! Не нужно было бы тратить огромные средства и энергию на преодоление этой вредной силы.
С трением ведется жестокая борьба, его стараются уничтожить всевозможными способами: конструкторы придумывают новые подшипники, новые способы смазки, химики создают новые сорта смазочных масел. На эту борьбу тратится очень много средств, но полностью уничтожить трение не удается.
И, несмотря на самую энергичную борьбу с трением, мы должны радоваться, что оно все-таки существует.
Трудно представить себе жизнь, если бы трение совсем отсутствовало.
Мы бы не смогли ни ходить, ни ездить. Автомобильные муфты сцепления, основанные на трении, пробуксовывали бы, тормоза перестали бы тормозить. Приводные ремни стали бы проскальзывать, детали разбегались бы при малейшем наклоне. Ничего нельзя было бы взять в руки. Короче говоря, при отсутствии трения появилось бы очень много неприятностей.
Как известно, трение делят на два вида: трение скольжения и трение качения.
Трение качения значительно меньше (при равных условиях) трения скольжения. Поэтому в технике стремятся трение скольжения заменить трением качения, заменить скользящие подшипники шариковыми Или роликовыми.
Проделаем два опыта, из которых будет ясна разница между этими видами трения.
Поставьте на стол утюг и, привязав к нему резинку, потяните за нее. Когда утюг сдвинется с места и начнет скользить по столу, измерьте длину растянутой резинки.
Затем положите под утюг несколько круглых карандашей. Теперь утюг сдвинуть с места будет гораздо легче, чем в предыдущем случае. Утюг легко покатится на карандашах, которые в данном случае являются роликовыми подшипниками.
Растяжение резинки будет значительно меньшим, потому что усилие на передвижение утюга, поставленного на карандаши-катки, будет небольшим.
Сравнив величины растяжения резинок, можно определить, во сколько раз в данном случае трение качения меньше трения скольжения. Но и в скользящих подшипниках трение скольжения частично заменяется трением качения. Мельчайшие частички масла, подобно шарикам, отделяют одну трущуюся поверхность от другой. И чем лучше обеспечивается смазка, тем меньше будет сила трения, тем меньшие усилия надо затратить на ее преодоление.
ВАЖНЕЙШИЙ ЗАКОН МЕХАНИКИ
С инерцией мы встречаемся на каждом шагу. Резко ли остановится автобус, и мы падаем на впереди стоящих; едем ли на велосипеде, перестав крутить педали; бросаем ли мяч — во всех этих и подобных им случаях проявляется инерция, то есть свойство тел сохранять величину и направление своей скорости.
А задумались ли вы, почему краны у водопровода и различного рода задвижки на трубах, по которым с большой скоростью передвигаются жидкости, устроены так, что они закрываются очень плавно, постепенно?