Здравствуй, физика!
Шрифт:
Если у тебя в доме есть ходики, можешь рассмотреть, как они устроены. Только не разбирай их. Собрать даже такие простейшие часы тебе едва ли удастся.
Ходики приводит в движение опускающаяся гиря. Цепь, на которой висит эта гиря, перекинута через барабан, насаженный на главную ось. От главной оси движение через зубчатые колеса передается минутной и часовой стрелкам.
Если бы в механизме ходиков больше ничего не было, то гиря быстро пошла бы вниз и стрелки завертелись
Ясно, что никому не нужны часы, которые за несколько секунд пробегут целые сутки и тут же остановятся. Ход часов нужно замедлить. Для этого в ходиках устроены ходовое колесо и скобка с маятником. Маятник — это груз, висящий на длинной палочке. Толкнешь его — и он пойдет качаться. Тик-так, тик-так, вправо — влево.
Вместе с маятником качается и скобка, в которую он продет. Два плечика этой скобки попеременно попадают между зубцами ходового колеса. Качнулся маятник вправо — левое плечико скобки застряло в колесе и остановило его. Качнулся влево — плечико поднялось, отпустило колесо. Но только колесо проскочило на один зубец — правое плечико снова его останавливает. Маятник опять качнулся вправо — опять пропустил один зубец ходового колеса. Колесо немного повернулось, а за ним и весь механизм ходиков сделал следующий шаг. Но тут же плечико скобки опять останавливает колесо.
Так и ходят ходики: тик-так, тик-так, шаг за шагом. Быстро идти не дает маятник, он все время «вставляет палки в колеса».
Но ты ведь уже знаешь, что период колебания маятника всегда один и тот же. Значит, каждый шажок ходиков занимает одно и то же время! Так маятник регулирует ход часов, делает его точным.
Примерно так же устроены карманные и наручные часы. Только вместо гири у них пружина, а вместо маятника колесико-балансир, соединенное с «волоском» — тоненькой спиральной пружинкой. Спиралька то свивается, то развивается: тик-так, тик-так… Такие колебания называются крутильными. Их период тоже неизменен, и часы идут точно.
Маятник и трехколесный велосипед
Есть у маятника еще одно интересное свойство. Оно напоминает уже известное тебе свойство волчка. Волчок стремится сохранить направление оси вращения. А маятник стремится сохранить направление своих колебаний!
Чтобы в этом убедиться, можешь сделать несколько опытов. Проще всего, пожалуй, опыт с трехколесным велосипедом. Если есть у тебя такой велосипед, положи его набок. Одно из двух задних колес, которое окажется сверху, сможет свободно вращаться. К его ободу подвесь какой-нибудь грузик на нитке.
Длина нитки нужна такая, чтобы грузик мог качаться, ни за что не цепляясь.
Качни грузик и осторожно, медленно поворачивай колесо, к которому он подвешен. Ты ясно увидишь, что направление колебаний грузика при этом сохраняется!
Этот опыт можно сделать и с вращающимся на винте стулом. На таких стульях или же круглых табуретках сидят пианисты.
Маятник и земной шар
Ты, конечно, слышал, что земной шар вращается. Есть несколько доказательств этого вращения. И одно из самых наглядных было найдено французским физиком Фуко. В 1850 году он подвесил огромный маятник в парижском Пантеоне — зале с очень высоким куполом. Длина подвеса была равна 67 м! И шар был очень тяжелый — 28 кг. Ведь маятник должен был качаться много часов подряд.
Снизу к шару приделали острие, а на полу Пантеона насыпали кольцом грядочку из песка. Маятник раскачали. Острие стало оставлять на песке бороздки. И что же? Через несколько часов маятник чертил бороздки уже совсем в другой части грядочки. Плоскость колебания маятника Фуко словно поворачивалась по часовой стрелке!
На самом деле, конечно, эта плоскость сохраняла прежнее положение. Вращалась наша планета. Она медленно и величественно поворачивалась против часовой стрелки, увлекая с собой и Пантеон с его куполом и песочной грядкой. И только маятнику это движение Земли не могло передаться. Он ведь был подвешен на гибком тросе!
Опыт Фуко повторен у нас в Ленинграде, в огромном Исаакиевском соборе. Если попадешь в Ленинград, постарайся увидеть этот опыт. А если не попадешь, тоже не беда. Знаменитый опыт Фуко ты можешь повторить у себя дома, на кухонном столе.
Яблоко или крупную картофелину проткни тонкой лучинкой так, чтобы оба ее конца торчали снаружи. К одному концу привяжи нитку. Получится маятник.
Свободный конец нитки привяжи к булавке, воткнутой в пробку. Установи эту пробку на трех вилках, воткнутых в нее наискось. Поставь свой треножник на тарелку и отрегулируй длину нитки так, чтобы нижний конец лучинки доходил почти до дна тарелки.
У краев тарелки насыпь две грядочки из сахарной пудры или мелкой соли. Они заменят песок в опыте Фуко.
Качни теперь маятник. Лучина прочертит следы в грядках сахарной пудры. При каждом качании маятника конец лучинки будет проходить точно по прежним следам.
Но наша скромная тарелка изображает земной шар. Подражая вращению Земли, начни тихо, без толчков поворачивать тарелку.
Гляди! Направление колебаний маятника осталось прежним. Он продолжает раскачиваться все в той же плоскости. И поэтому конец щепки оставляет новые следы в стороне от тех, что он чертил прежде!
Веселая дуэль
Это самый последний и самый веселый опыт с маятником.
Вбей рядом два гвоздя. Два куска достаточно жесткой проволоки согни под прямым углом так, чтобы на сгибе получилось колечко. Колечки эти надень на гвозди. Нижние концы проволок воткни в две одинаковые картофелины. Проткни их насквозь и загни, чтобы картофелины не соскользнули.
Если теперь качнуть правую картофелину, она стукнется о левую и остановится.
А ее движение передастся левой. Теперь уже левая картофелина качнется, как маятник, потом вернется и — трах! Ударится о правую. Так они будут качаться по очереди, до тех пор, пока движение постепенно не затухнет.
Ты спросишь, что же здесь веселого? Сейчас увидишь. Вырежь из плотной бумаги фигурки двух фехтовальщиков и приклей их к верхним концам проволок сургучом или клеем БФ-2.
Теперь качни одну из картофелин и любуйся веселой дуэлью. Бумажные противники будут по очереди яростно нападать друг на друга. Но ни один из их выпадов не достигнет цели!
Глава девятая. ВРАГ ИЛИ ДРУГ!