Почему остановилось?

Ах, как славно неслось корыто с толстяком, вырвавшись с эскалатора! Оно проехало еще несколько метров по полу и только тогда остановилось.

А вспомни, как ты сам не раз несся вперед, разогнавшись на велосипеде, или на коньках, или на санках с горы. Ты уже не двигаешь ногами, но все еще мчишься по инерции, да так, что ветер свистит в ушах!

Но постепенно свист ветра стихает, движение замедляется, замедляется… Надо снова работать ногами, иначе остановишься совсем.

Почему же остановилось корыто? Почему останавливаются велосипедисты и конькобежцы, почему санки, скатившись даже с самой высокой горы, не мчатся дальше и дальше, вокруг всего земного шара? Почему сила инерции, поначалу взявшись за дело так бодро, потом словно бы устает?

Чешский писатель Ярослав Гашек приводит слова одного тупицы:

«Когда весь бензин вышел, автомобиль принужден был остановиться… И после этого еще болтают об инерции!.. Не едет, стоит, с места не трогается. Нет бензина. Ну не смешно ли?»

Конечно, гашековский тупица был неправ. Ты ведь уже убедился, что инерция — не болтовня, она существует на самом деле. И все-таки, почему же остановился автомобиль?

Попробуем сообразить. Представь, что автомобиль едет по гладкому асфальту. Вот кончился бензин, двигатель заглох… Сразу ли остановится машина? Нет, она еще может проехать порядочное расстояние, Ну, а если по булыжникам? Тут, конечно, дело другое. Автомобиль остановится почти сразу же. Значит, дело в дороге?

Корыто, вылетев с эскалатора, проехало несколько метров по гладкому каменному полу. Ну, а если бы пол был деревянный, некрашеный? Или кирпичный? Ясно, по такому полу корыто и метра бы не проехало. Значит, и тут дело в дороге?

Зимой, по дороге в школу, ты с удовольствием катаешься по длинным ледяным дорожкам на тротуаре. Стоит разбежаться совсем немного — поехали! Но приходит сердитый дворник и посыпает дорожки песком. Теперь уже никакой разбег не поможет. Подошвы не скользят, они сразу же притираются. Притираются? Вот оно, нужное слово! Трение — в нем все дело. Это оно останавливает автомобили и корыта, санки и велосипеды, маятники и волчки. Трение «съедает» инерцию, это оно требует затраты бензина, или электрической энергии, или работы мускулов. Иначе движение остановится.

 

На страже покоя

Ты знаешь, что есть не только инерция движения. Есть еще инерция покоя. Такую инерцию имеет, например, стоящий на полу шкаф. Попробуй толкнуть его — он и не шелохнется! Думаешь, тут все дело в одной инерции?

Отрежь четыре ломтика сырого картофеля. Вооружись рычагом и, поочередно приподнимая углы шкафа, подложи по ломтику под каждую ножку. Готово? Теперь снова нажми на шкаф. Смотри-ка, поехал! А ведь ты толкал не сильнее, чем в первый раз. Значит, дело не в одной инерции. Для того чтобы преодолеть инерцию, у тебя силы хватило бы. А вот трения ты не осилил. И только сырой картофель помог.

Кстати, запомни этот прием. Он поможет тебе передвигать самую тяжелую мебель. Только не пользуйся им на натертом паркете. Картофель оставляет мокрые следы, придется потом заново пол натирать!

Выходит, что трение — не только враг движения. Трение — страж покоя. Если бы не стало трения покоя, в мире творились бы удивительные вещи. Мебель гуляла бы по комнатам от легкого сквозняка. Со всех гор на свете сползли бы вниз все ледники, и все камни и даже вся земля, лежащая на склонах. Самые спокойные школьники не смогли бы усидеть на партах: при малейшем движении они соскальзывали бы на пол. Да и мало ли еще какие произошли бы неприятности!

Хорошо, что трение покоя существует. Чтобы лишний раз в этом убедиться, проделай забавный опыт.

Положи спичку на стол так, чтобы головка выступала за край. На эту спичку положи поперек еще 14 спичек, попеременно головками в разные стороны. На рисунке внизу хорошо видно, как это надо сделать.

Можно ли поднять первую спичку, держа ее за головку, и вместе с ней все остальные спички?

Оказывается, можно. Для этого нужно только еще одну спичку положить поверх всех остальных, в ложбинку.

 

Катушка-ползушка

Так что же, полезно трение или вредно? Чтобы лучше это понять, сделай катушку-ползушку. Это — самая простая игрушка с резиновым мотором.

Возьми обыкновенную катушку от ниток и перочинным ножом зазубри края обеих ее щечек. Полоску резины длиной 70–80 мм сложи пополам и протолкни в отверстие катушки. В петлю резинки, которая выглядывает с одного конца, заложи обломок спички длиной 15 мм.

К другой щечке катушки приложи шайбу из мыла. Вырежь кружок из твердого, сухого обмылка толщиной около 3 мм. Диаметр кружка нужен около 15 мм, диаметр отверстия в нем — 3 мм.

На мыльную шайбу положи новенький, блестящий стальной гвоздь длиной 50–60 мм и поверх этого гвоздя свяжи концы резинки надежным узлом. Поворачивая гвоздь, заведи катушку-ползушку до тех пор, пока не начнет прокручиваться обломок спички о другой стороны.

Поставь катушку на пол. Резинка, раскручиваясь, повезет катушку, а конец гвоздя будет скользить по полу!

Как ни проста эта игрушка, я знал ребят, которые мастерили сразу по нескольку таких «ползушек» и устраивали целые «танковые бои». Побеждала катушка, подмявшая другую под себя, или опрокинувшая ее, или сбросившая со стола. «Побежденных» убирали с «поля боя».

Наигравшись с катушкой-ползушкой, вспомни, что это не просто игрушка, а научный прибор. Мы сделали этот прибор, чтобы лучше познакомиться с трением. Где же здесь встречается трение?

Начнем с обломка спички. Ты заводишь резинку, она натягивается и все крепче прижимает обломок к щечке катушки. Между обломком и щечкой имеется трение. Если бы этого трения не было, обломок спички вертелся бы совершенно свободно и катушку-ползушку вообще не удалось бы завести даже на один оборот! А чтобы она заводилась еще лучше, советую тебе прорезать в щечке ложбинку для спички. Значит, здесь трение полезно. Оно помогает работе сделанного нами механизма.

А с другой щечкой катушки дело обстоит совершенно наоборот. Здесь гвоздь должен вращаться как можно легче, как можно свободнее. Чем легче он скользит по щечке, тем дальше уедет катушка-ползушка. Значит, здесь трение вредно. Оно мешает работе механизма. Его нужно уменьшить.

Поэтому-то и подложена между щечкой и гвоздем мыльная шайба. Она уменьшает трение, она играет роль смазки.

Теперь рассмотрим края щечек. Это «колеса» нашей игрушки. Ты их зазубрил ножом. Для чего? Да для того, чтобы они лучше сцеплялись с полом, чтобы не «буксовали», как говорят машинисты и шоферы.

Да, есть у них такое словечко. Ведь в дождь или в гололед колеса локомотива буксуют, прокручиваются на рельсах, не может он взять с места тяжелый состав. Приходится машинисту включать приспособление, которое сыплет на рельсы песок. Для чего? Да для того, чтобы увеличить трение. И при торможении в гололед на рельсы тоже сыплется песок. Иначе и не остановишь! А на колеса автомобиля при езде по скользкой дороге надевают специальные цепи. Они тоже увеличивают трение, улучшают сцепление колес с дорогой.

Вспомни: трение останавливает автомобиль, когда кончится весь бензин. Но если бы не было трения колес о дорогу, автомобиль и с полным баком бензина не смог бы тронуться с места. Его колеса проворачивались бы, буксовали бы, словно на льду!

Наконец, у катушки-ползушки есть трение еще в одном месте. Это трение конца гвоздя об пол, по которому он ползет вслед за катушкой. Вот это трение — вредное. Оно мешает, оно задерживает движение катушки. Но тут трудно что-либо сделать. Разве что отшлифовать конец гвоздя мелкой шкуркой.

Как ни проста наша игрушка, она помогла разобраться. Там, где части механизма должны двигаться, трение вредно и его надо уменьшать. А там, где части не должны двигаться, где нужно хорошее сцепление, там трение полезно и его нужно увеличивать. И еще трение необходимо в тормозах. У ползушки их нет, она и так едва ползет. А у всех настоящих колесных машин тормоза есть: без тормозов ездить было бы слишком опасно.

 

Карандаш и книга

Следующий опыт с карандашом и книгой. Поставь книгу наклонно и положи на нее карандаш. Сползет или не сползет? Это зависит от того, как положить. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом наклоне сползать не будет. А если поперек? Ого, как покатился! Особенно если он круглый, а не шестигранный.

Ты можешь сказать: подумаешь, тоже мне научный опыт! Что же в нем интересного? А интересно в этом опыте то, что когда карандаш катится, трение оказывается гораздо меньше, чем когда он ползет. Катить легче, чем волочить. Или, как говорят физики, трение качения меньше, чем трение скольжения.

Именно поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности колес не знали и даже летом грузы возили на санях. Посмотри на эту картину. Она высечена на стене одного очень древнего храма в Египте. Огромную каменную статую везут на санях. Везут по голой земле: ведь Египет — жаркая страна, там снега никогда не бывает!

Эх, и как только древние инженеры не сообразят хотя бы катки подложить под эти сани!

Не беспокойся, они сообразят. Вернее, они уже давно сообразили. Правда, не тогда, когда была высечена эта картина. Но все равно катки, а потом и колеса появились уже несколько тысяч лет назад. И тогда, впервые в истории, трение скольжения было заменено более выгодным трением качения. Это было большим шагом вперед.

Современная техника сделала следующий важный шаг. Инженеры рассудили так: обод колеса не тащится волоком, он катится по земле. Это хорошо, трение уменьшается. Но вот ось колеса трется в подшипниках, и, как мы эти подшипники ни смазываем, трение все равно остается большим. Нельзя ли и здесь трение скольжения заменить трением качения? Нельзя ли между осью колеса и обоймой подшипника положить маленькие стальные катки?

Так появились подшипники качения.

Они бывают шариковые и роликовые. И ты, конечно, не раз их видел. Даже в обычном велосипеде, только не в детском, а в двухколесном, взрослом или подростковом, шариковые подшипники есть во втулках колес, в рулевой колонке, на оси шатунов, на осях педалей.

Автомобили, мотоциклы, тракторы — все эти машины катятся на шариковых и роликовых подшипниках. А в последние годы и железнодорожные вагоны стали делать на подшипниках качения. Эти вагоны легко узнать: на них нарисован особый знак, показанный на нашем рисунке. Узнаёшь? Это ведь и есть подшипник качения!

 

Акробат идет колесом

Прежде чем кончить разговор о трении, сделаем еще одну забавную игрушку. Из плотной бумаги вырежь по нашему рисунку фигурку акробата. Насади ее на перо, вставленное в обыкновенную школьную ручку. Вдень теперь ручку с акробатом наискось в кольцо ножниц. Держа ножницы горизонтально, води их осторожно по кругу. Ах, как пошел колесом наш акробат!

Он ведь участвует в двух движениях сразу. Во-первых, конец ручки с надетым на перо акробатом описывает большие круги. А во-вторых, ручка не скользит по кольцу ножниц, а обкатывается по нему. И ручка вместе с акробатом вертится вокруг своей оси. От соединения этих двух движений и получаются такие замечательные колеса. Живому акробату едва ли удастся их повторить!

Ты спросишь, где же здесь трение? Да в кольце ножниц. Если бы его не было, ручка сразу провалилась бы вниз, она бы не удержалась даже в наклонном положении. И еще: если бы между кольцом и ручкой не было трения, ручка бы не обкатывалась по кольцу и акробат не кувыркался бы так красиво.