Семейство помех

Сил-помех, замедляющих движение, довольно много — целое «семейство»! Эти силы играют огромную роль в технике и вообще в нашей жизни — они вековечные спутники механического движения, и во многих случаях спутники недружественные, которые как бы цепляются за каждый предмет, стараются его остановить, мешают ему двигаться или заставляют свернуть в сторону. Это всевозможные силы сопротивления.

Всему движущемуся в воздухе мешает сопротивление воздуха.

Всему движущемуся в воде и по воде мешает сопротивление воды.

Между полозьями саней и дорогой, между коньками и льдом, между шейками валов и подшипниками возникают силы трения скольжения.

Между колесами и дорогой или рельсами действуют силы трения качения.

И даже когда предмет неподвижен, можно обнаружить силу трения покоя, которая как бы охраняет его неподвижность и мешает нам, если мы пытаемся этот предмет сдвинуть с места. Чтобы сдвинуть предмет, надо преодолеть эту силу.

Трение покоя удобно для нас тем, что оно не позволяет вещам под влиянием слабых толчков сползать и сдвигаться со своих мест. Но оно становится одной из самых вредных помех, когда приходится приводить тела в движение. При движении трение обычно сказывается меньше.

Французский ученый Кулон придумал простой прибор для определения трения покоя между различными поверхностями. На гладкую скамейку он клал доску, привязывал к ней веревку, а на доску клал гирю, прижимающую ее к скамье. Веревка перекидывалась через блок, укрепленный на конце скамьи, и к ее концу подвешивалась чашка от весов. На чашку Кулон накладывал постепенно одну за другой гирьки; сила их тяжести через блок тянула доску вдоль скамьи.

Прибор Кулона для изучения трения покоя.

Оказалось, что доска начинала двигаться только тогда, когда вес гирек оказывался достаточным для преодоления трения покоя — при меньших грузах она оставалась неподвижной, несмотря на тягу веревки. Чем тяжелее был груз, который прижимал доску к скамье, тем больше нужно было положить на чашку гирек, чтобы сдвинуть доску с места, — тем больше было трение покоя.

 

Хитрость машиниста

На станциях железных дорог иногда приходится наблюдать, как паровоз безуспешно старается стронуть поезд с места. И странно, этот же самый паровоз недавно мчал поезд со скоростью свыше сорока километров в час, успешно втаскивал его на подъемы, а как только остановился, все вагоны как будто сделались гораздо тяжелее.

Но разве вес поезда и его масса зависят от того, стоит он или едет? Вес поезда тут ни при чем, беда кроется в том, что, когда поезд остановился, силы трения покоя словно вцепились во все колеса, во все оси и держат их. Чтобы преодолеть это трение, нужна большая сила тяги — гораздо больше той, какая требуется, чтобы везти поезд, поддерживать его скорость постоянной. Трение покоя больше трения скольжения.

Машинисту надо побороть трение покоя. Он говорит:

— Я его сейчас перехитрю, — и дает тихий задний ход.

Паровоз пятится, и вагоны один за другим по очереди начинают двигаться назад: преодолеть трение покоя одного вагона, конечно, легче, чем иметь дело со всем составом сразу.

Но почему вагоны двигаются поодиночке? Когда паровоз дернул поезд вперед, все сцепные крюки и приспособления были растянуты.

Машинист осаживает поезд на небольшое расстояние, он только сближает вагоны, заставляя буферные пружины сжиматься. Последние вагоны обычно остаются на месте, выполняя роль упора и удерживая все буферные пружины между вагонами в сжатом состоянии.

Затем машинист сразу же дает передний ход. Теперь уже паровоз тянет не весь поезд целиком — он сдвигает вагоны поочередно, потому что они сближены и могут отодвинуться друг от друга на длину сцепных крюков. Благодаря этому паровоз получает возможность преодолевать трение покоя вагонов поодиночке.

В исключительных случаях, когда приходится брать с места очень тяжелый состав, к поезду подходит второй паровоз — толкач — и помогает своему собрату справиться с трением покоя.

 

Невидимый тормоз

Каждый велосипедист, мотоциклист, шофер, машинист, летчик или капитан корабля знает, что у его машины есть предельная скорость, превысить которую не удается никакими усилиями. Можно сколько угодно нажимать на педаль акселератора автомобильного двигателя, но «выжать» из машины лишний километр в час невозможно.

Автомобиль «Победа» имеет двигатель мощностью в пятьдесят лошадиных сил. Когда водитель нажимает акселератор до отказа, коленчатый вал двигателя начинает делать три тысячи шестьсот оборотов в минуту. Поршни как сумасшедшие мечутся вверх и вниз, подскакивают клапаны, вертятся шестеренки, а автомобиль движется хотя и очень быстро, но совершенно равномерно, и вся сила тяги двигателя уходит на преодоление различного трения.

Вот, например, как распределяется сила тяги двигателя между его «противниками» — разными видами трения при скорости автомобиля сто километров в час: на преодоление трения в подшипниках и между шестеренками расходуется около шестнадцати процентов силы тяги мотора, на преодоление трения качения колес по дороге — примерно двадцать четыре процента, а на преодоление сопротивления воздуха расходуется шестьдесят процентов силы тяги автомобиля.

Трение скольжения с увеличением скорости немного уменьшается, трение качения изменяется очень незначительно, а вот сопротивление воздуха, совершенно незаметное при медленном движении, становится грозной тормозящей силой, когда скорость возрастает. Воздух оказывается главным врагом быстрого движения. Поэтому кузовам автомобилей, тепловозам, палубным надстройкам пароходов придают округленную, обтекаемую форму, убирают все выступающие части, стараются сделать так, чтобы воздух мог их плавно обегать.

Когда строят гоночные машины и хотят добиться от них наивысшей скорости, то для кузова автомобиля заимствуют форму у рыбьего туловища, а на такую скоростную машину ставят двигатель мощностью несколько тысяч лошадиных сил.

Советский гоночный автомобиль «Звезда».

Но что бы ни делали изобретатели, как бы ни улучшали обтекаемость кузова, всегда за всяким движением, как тень, следуют силы трения и сопротивления среды. И если они даже не увеличиваются, остаются постоянными, все равно машина будет иметь предел скорости.

Объясняется это тем, что мощность машины — произведение силы тяги на ее скорость. Но раз движение равномерное — сила тяги целиком уходит на преодоление различных сил сопротивления.

Если добиться уменьшения этих сил, то при данной мощности машина сможет развить большую скорость.

А так как основным врагом движения при больших скоростях является сопротивление воздуха, то для борьбы с ним конструкторам и приходится так изощряться.

Форма авиационной бомбы.

Предметы, движущиеся в воде — рыбы, подводные лодки, самоходные мины — торпеды и проч., — встречают большое сопротивление своему движению со стороны воды.

С увеличением скорости силы сопротивления воды растут еще быстрее, чем в воздухе. Поэтому и значение обтекаемой формы возрастает. Достаточно взглянуть на форму тела щуки. Она должна гоняться за мелкими рыбешками, поэтому для нее важно, чтобы вода оказывала минимальное сопротивление ее движению.

Форму рыбы придают самоходным торпедам, которые должны быстро поражать неприятельские суда, не давая им возможности уклониться от удара.

 

Скорость падения

Дождевая капля, падая с высоты облаков под действием силы тяжести, сначала движется ускоренно, но сопротивление воздуха быстро уравновешивает силу тяжести, и весь остальной путь до земли капля совершает уже только по инерции с постоянной скоростью.

Эта скорость в зависимости от величины капли достигает только десяти-двадцати метров в секунду. И это очень хорошо! Если бы дождевые капли не встречали сопротивления воздуха, то их скорость падения достигала бы сотен метров в секунду. Такие капли убивали бы, как пули. Мелкие животные и птицы были бы истреблены, а людям пришлось бы вооружаться железными зонтиками и носить вместо плащей-дождевиков кольчуги и шлемы.

Но крупные тяжелые градины все же падают с большой скоростью. Они выбивают стекла в окнах, уничтожают посевы, вредят фруктовым садам.

При затяжном прыжке парашютист, выбросившись из самолета, первые восемь — десять секунд падает ускоренно. Примерно на десятой секунде падения возросшее сопротивление воздуха полностью уравновешивает силу тяжести.

Если парашютист не раскроет парашюта, то он будет падать с постоянной скоростью, примерно равной шестидесяти метрам в секунду. И, конечно, упав с такой огромной скоростью на землю, он неминуемо должен разбиться.

Раскрывшийся парашют благодаря своей форме зонтика встречает еще большее сопротивление воздуха и резко тормозит падение. Парашютист приземляется уже с безопасной скоростью.

Парашютист в воздухе.

 

Непростая задача

Помехи, которые встречает каждый движущийся предмет, ученые называют силами трения и силами сопротивления воздуха, воды — словом, той среды, в которой движется предмет. Но что такое эти силы? Откуда они берутся? Есть, например, сопротивление воздуха. Удивительное дело — воздух легок и подвижен, он никому и ничему не мешает, пока скорость движения мала, но стоит лишь ускорить движение, и сопротивление воздуха становится огромным и в высшей степени вредным врагом движения.

Почему это так?

Сопротивлением воздуха прежде всего заинтересовались артиллеристы. Они старались понять, почему пушечные снаряды не так далеко летят, как им хотелось бы. Расчеты показали, что, если бы на Земле не было воздуха, снаряд семидесятишестимиллиметровой пушки пролетел бы не менее двадцати трех с половиной километров, а в действительности он падает всего лишь в семи километрах от пушки. Из-за сопротивления воздуха теряется шестнадцать с половиной километров дальности. Обидно, но ничего не поделаешь!

Артиллеристы улучшали пушки и снаряды, руководствуясь главным образом догадкой и смекалкой. Что происходит со снарядом в воздухе, сначала было неизвестно. Хотелось бы посмотреть на летящий снаряд и увидеть, как он рассекает воздух, но снаряд летит очень быстро, глаз не может уловить его движения, а воздух и подавно невидим. Желание казалось несбыточным, но выручила фотография.

При свете электрической искры удалось заснять летящую пулю. Искра сверкнула и на мгновение осветила пулю, пролетавшую перед объективом фотоаппарата. Ее блеска оказалось достаточно, чтобы получить моментальный снимок не только пули, но и воздуха, рассекаемого ею. На фотографии видны темные полосы, расходящиеся от пули в стороны. Благодаря фотоснимкам стало ясно, что происходит, когда снаряд летит в воздухе.

Пуля в полете.

При медленном движении предмета частицы воздуха спокойно расступаются перед ним и почти не мешают ему, но при быстром — картина меняется, частицы воздуха уже не успевают разлетаться в стороны. Снаряд летит и, как поршень насоса, гонит впереди себя воздух и уплотняет его. Чем выше скорость, тем сильнее сжатие и уплотнение.

Для того чтобы снаряд двигался быстрее, лучше пробивал уплотненный воздух, его головную часть делают заостренной.

На фотоснимке летящей пули видно, что у нее позади возникает полоса завихренного воздуха. На образование вихрей тоже тратится часть энергии пули или снаряда. Поэтому у снарядов и пуль стали делать донную часть скошенной, это уменьшило противодействие воздуха. Благодаря скошенному дну дальность полета снаряда семидесятишестимиллиметровой пушки достигла одиннадцати-двенадцати километров.

При полете в воздухе на скорости движения сказывается также трение частиц воздуха о стенки летящего предмета. Это трение невелико, но оно все же существует и нагревает поверхность. Поэтому приходится красить самолеты глянцевитой краской и покрывать их особым авиационным лаком.

Таким образом, противодействие воздуха всем движущимся предметам происходит вследствие трех различных явлений: уплотнения воздуха впереди, образования завихрений позади и небольшого трения воздуха о боковую поверхность предмета.

 

Воздушная броня

Метеорные частицы — мелкие камешки и кусочки железа, движущиеся около Солнца в межпланетном пространстве, часто сталкиваются с земным шаром. Измерили скорость, с которой эти камешки влетают в атмосферу: оказалось, что она составляет обычно многие десятки километров в секунду. Заметьте: в секунду, а не в минуту! Метеориты движутся в сотни раз быстрее пассажирского самолета, в сто — сто пятьдесят раз быстрее звука и в десятки раз быстрее артиллерийского снаряда. Путешествие вокруг Земли по экватору с такой «метеоритной» скоростью заняло бы меньше получаса времени.

Скорость огромная, и, казалось бы, такой метеоритик, падая, может наделать много бед.

Падение метеорита.

Но известен случай, когда «небесный камешек» упал в корыто, в котором прачка стирала белье. Единственное, что наделал этот космический пришелец, — он обрызгал женщину, стоявшую возле корыта.

Другой такой же метеоритик, падая, запутался в складках широкого кимоно японской девушки. Случалось, что метеориты оказывались на льду озер и прудов. Они лежали как самые обыкновенные камни, брошенные человеческой рукой. Эти метеориты не смогли пробить даже тонкий осенний лед.

Современная наука установила, что самые быстрые пришельцы из межпланетного пространства имеют скорость за пределами атмосферы порядка ста-ста сорока километров в секунду, но даже такую космическую скорость почти полностью поглощает сопротивление воздуха. Только очень крупные метеориты, весом в несколько тысяч тонн, достигают земной поверхности, сохранив некоторую долю космической скорости. Впрочем, такие гигантские метеориты падают очень редко.

Наш воздух, затрудняя движение автомобилей и велосипедов, в то же время служит нам надежной броней. Атмосфера прекрасно защищает поверхность Земли от космической бомбардировки, и небесные камешки, сгорая в кислороде, сверкают в вышине, давая нам возможность любоваться безобидным зрелищем «падающих звезд».

Дождь «падающих звезд».

 

Сопротивление воды

Когда моторная лодка мчится по водной глади или торпедные катера идут в атаку, видно, как острый нос корабля или лодки режет волны, обращая их в белоснежную пену, а за кормой кипит бурун и остается полоса вспененной воды.

Сопротивление воды напоминает сопротивление воздуха — вправо и влево от корабля бегут волны, а позади образуются завихрения — пенистые буруны; сказывается также и трение между водой и погруженной частью корабля. Разница между движением в воздухе и движением в воде состоит только в том, что вода — жидкость несжимаемая и перед кораблем не возникает уплотненной «подушки», которую приходится пробивать. Зато плотность воды почти в тысячу раз больше плотности воздуха. Вязкость воды тоже значительна. Вода не так-то уж охотно и легко расступается перед кораблем, поэтому сопротивление, которое она оказывает предметам, весьма велико. Попробуйте, например, нырнув под воду, похлопать там в ладоши. Это не удастся — вода не позволит.

Скорости морских кораблей значительно уступают скоростям воздушных кораблей. Наиболее быстроходные из морских судов — торпедные катера развивают скорость в пятьдесят узлов, а глиссеры, скользящие по поверхности воды, — до ста двадцати узлов.

 

Первое предположение

Почему вода и воздух оказывают сопротивление движущимся предметам, более или менее понятно — их приходится расталкивать, чтобы проложить дорогу. Но почему так трудно тянуть гужевые сани или катить тележку? Ведь спереди им ничего не мешает, спереди у них ничего, кроме воздуха, нет, воздух для медленно движущихся предметов не помеха, а двигать все-таки трудно — снизу что-то мешает. Это «что-то» называют силами трения.

Разгадка сущности трения пришла не сразу. Ученым пришлось потрудиться, чтобы понять, в чем тут дело, и они едва не встали на ложный путь.

Раньше, когда спрашивали, что такое трение, отвечали так:

— Посмотрите на свои подметки! Давно ли они были новые и крепкие, а сейчас уже заметно сносились, стали потоньше.

Опыты показали, что аккуратный человек может сделать по хорошей дороге примерно миллион шагов, прежде чем его подметки проносятся насквозь. Конечно, если они из прочной, хорошей кожи.

Посмотрите на ступени лестниц в каком-либо старом здании, в магазине или в театре — словом, там, где бывает много народу. В тех местах, куда люди ступают чаще, в камне образовались углубления: шаги сотен тысяч людей стерли камень. Каждый шаг чуть-чуть разрушал его поверхность, и камень стирался, превращаясь в пыль.

Снашиваются и подметки, и поверхность пола, по которому мы ходим. Стираются рельсы железных дорог и трамвайных путей. Постепенно исчезает, превращается в пыль асфальт шоссейных дорог — его стирают колеса автомобилей. Резиновые шины тоже расходуются, как и резинки, которыми стирают написанное карандашом.

Поверхность каждого твердого тела всегда имеет неровности и шероховатости. Зачастую они совершенно незаметны на глаз. Поверхности рельсов или полозьев саней кажутся очень гладкими и блестящими, но если посмотреть на них в микроскоп, то при большом увеличении будут видны бугры и целые горы. Так выглядят мельчайшие неровности на «гладкой» поверхности. Такие же микроскопические «Альпы» и «Карпаты» существуют и на стальном ободе колеса. Когда колесо катится по рельсам, неровности его поверхности и рельса цепляются друг за друга, происходит постепенное разрушение трущихся предметов, а движение замедляется.

Ничто в мире само собой не делается, и, чтобы производить даже ничтожнейшее разрушение поверхности стального рельса, приходится затрачивать некоторое усилие. Трение скольжения и качения оттого-то и тормозит всякое движущееся тело, что ему приходится расходовать часть своей энергии на разрушение своей же поверхности. Чтобы уменьшить износ трущихся поверхностей, их стараются делать как можно ровнее, как можно глаже, так, чтобы на них оставалось поменьше всяких шероховатостей. Одно время думали, что единственной причиной трения является шероховатость поверхности. Казалось, что трение можно совсем уничтожить, если хорошенько отшлифовать и отполировать трущиеся поверхности. Но, как выяснилось на основании весьма искусно сделанных опытов, победить трение не так-то просто.

Трибометр.

 

Неожиданный результат

При воспроизведении опытов Кулона с трением покоя взяли стальную плиту и стальной брусок, по форме похожий на кирпич, но только не такой большой. Он прижимался к поверхности плиты силой своего веса. К бруску был приделан крючок. За крючок зацепили пружинные весы — динамометр и, потянув за кольцо динамометра, стали двигать брусок по плите.

Динамометр показывал силу тяги. Если тянуть за динамометр так, чтобы брусок двигался совершенно равномерно и прямолинейно, сила тяги будет в точности равна силе трения. Динамометр покажет величину силы трения скольжения. Она будет несколько меньше силы трения покоя, определенной Кулоном. Но при малых скоростях скольжения эти силы можно считать равными.

Так и делали: протягивали бруски по плите с определенной небольшой скоростью и замечали показания динамометра.

Потом стали шлифовать и полировать трущиеся поверхности плиты и бруска и время от времени измеряли, как изменяется сила трения от такой обработки. Сначала все шло так, как предполагали: чем глаже и ровнее становились трущиеся поверхности, тем слабее сказывалась сила трения. Исследователи уже подумывали, что они вскоре добьются того, что трение исчезнет совсем. Но не тут-то было!

Когда полированные поверхности заблестели, как зеркальные, силы трения стали заметно возрастать. Хорошо отполированные металлические поверхности проявили склонность слипаться.

Это доказало, что силы трения — не только следствие шероховатости трущихся поверхностей, но и результат действия молекулярных сил сцепления, присущих всем веществам, — тех самых сил, которые действуют между мельчайшими частицами вещества, заставляя их прижиматься друг к другу, заставляя твердые тела сохранять свою форму, масло — приставать к металлу, клей — клеить, смолу — липнуть, ртуть — скатываться в шарики. Эти силы сцепления между частичками вещества получили название молекулярных сил.

 

«Лекарство от трения»

Во время опытов со стальной плитой и бруском произошел такой случай: однажды в лабораторию принесли пузырек с валерианкой и открыли его — запах валерианки быстро распространился по всей комнате, и… вдруг трение между плитой и бруском резко уменьшилось. Этот случай породил много шуток, так как известно, что валерианку часто употребляют нервные люди в качестве успокаивающего средства, она же оказалась «лекарством от трения».

Впрочем, не только одна валерианка оказалась способной уменьшать трение. То же самое наблюдалось, когда в лабораторию приносили блюдечко с уксусной эссенцией или открывали флакон с духами.

Это явление не вполне изучено. По всей вероятности, летучие вещества, такие, как эфир, на котором настаивают валериановые капли, уксус и др., оседают на поверхности металла в виде тончайших пленок и как-то отделяют трущиеся поверхности друг от друга; может быть, они заполняют мельчайшие впадинки и неровности поверхности металла, сглаживают их, тем самым уменьшая трение, а может быть, эти частички просто перекатываются между соприкасающимися поверхностями, как шарики. В чем тут дело, еще не вполне понятно, но установлено, что летучие вещества уменьшают трение. Трение между слегка загрязненными гладкими поверхностями часто бывает меньше, чем между чистыми.

Особенно резко уменьшается сила трения скольжения, когда трущиеся поверхности смазывают маслом. Вязкое масло заполняет все неровности, затягивает поверхность металла сплошной пленкой. В таком случае происходит уже не движение металла по металлу, а движение одной масляной пленки, приставшей к трущейся поверхности, по другой, приставшей к противоположной поверхности. Сила трения скольжения при этом резко уменьшается.

В качестве смазочного вещества не всегда употребляют масло, для этой цели иногда годятся и другие жидкости: вода, ртуть, растворы мыла и т. п. Твердые вещества, измельченные в тончайший порошок, могут образовывать так называемую сухую смазку. Для этого часто применяют графитовую пыль.

 

Возникновение теплоты

При самой лучшей смазке и при самой тщательной шлифовке трущиеся поверхности заметно разогреваются. Всякое трение сопровождается выделением теплоты.

Первобытные люди с помощью трения добывали огонь. Трением пользуемся и мы, когда зажигаем спички. Во время работы токарных и других станков резцы, сверла и фрезы нагреваются так, что их приходится охлаждать струей жидкости. Вьется дымок под салазками, на которых спускают на воду корабли. При работе точильного камня и из-под тормозных колодок, когда они схватывают вращающиеся колеса, вылетают потоки горящих искр.

От быстрой езды резиновые шины автомобилей разогреваются иногда настолько, что до них нельзя дотронуться рукой. Еще сильнее нагревается летящая в воздухе пуля. В темном небе вспыхивают светлые звездочки метеоров, сгорающих при попадании в атмосферу; поверхность метеоритов, достигающих поверхности земли, всегда бывает оплавлена.

Выделение теплоты при движении тел является самым существенным признаком наличия сильного трения. Энергия механического движения преобразуется при этом в тепловую.

Древний способ добывания огня.

 

Скользкость льда

Что лед скользок, знают все, а вот почему он скользок— не всякий сумеет объяснить. Один английский ученый утверждал, что лед скользок потому, что он обладает замечательной способностью плавиться под давлением — таять.

— Конькобежец тяжел, а скользкая поверхность конька мала, — говорил этот ученый. — От сильного давления лед слегка плавится, подтаивает. Между скользящей поверхностью конька и льдом образуется тончайшая пленка воды. Эта вода служит естественной смазкой и делает лед скользким.

Конькобежец на льду.

Такое объяснение в течение долгого времени считалось общепризнанным и правильным. Так было напечатано в старых учебниках и в популярных книгах. Но это объяснение оказалось не совсем верным. Между поверхностью льда и коньком действительно образуется пленка воды, но получить ее одним только давлением нельзя, даже если на коньки поставить слона.

Ошибку разъяснил советский ученый В. Б. Вейнберг.

На коньках катаются не только взрослые и толстые люди, обладающие солидным весом. Это любимая забава малышей. Они прекрасно скользят на коньках, хотя давление на лед, оказываемое ими, совсем невелико.

Если бы лед под коньком действительно плавился от давления, то кататься на катке можно было бы только при температуре не свыше одного градуса мороза. В действительности же в оттепель кататься не так уж хорошо, на морозе куда лучше!

Дело не в давлении, а именно в том, что всякое движение в земных условиях всегда сопровождается трением, а всякое трение ведет к выделению теплоты. Трение между льдом и сталью конька порождает тепло. От этого тепла и плавится лед, а образовавшаяся при этом водяная пленка создает смазку и облегчает движение конькобежца.

Во время очень сильных морозов теплоты, развивающейся от трения, оказывается уже недостаточно, чтобы расплавить лед под коньком. Тогда кататься на катке неприятно — спортсмены говорят, что лед «сухой».

 

Польза трения

Однажды по шоссе шла автомашина, груженная трехметровыми рельсами. Рельсы высовывались через незакрытый задний борт.

Со стороны было заметно, что грузовик движется как-то неуверенно, рыская из стороны в сторону так, как будто шофер не в силах совладать с рулевым управлением. Вот машина внезапно перешла на левую сторону дороги, шофер схватился за тормоз, автомобиль выровнялся и вернулся на правую сторону. Но как только водитель снова увеличил скорость, машина опять начала вилять вправо, влево; шофер — за тормоз, но, видимо, не успел, и грузовик уткнулся в канаву. Канава была неглубока. Серьезной аварии не случилось.

Шофер включил заглохший двигатель и задним ходом выбрался на шоссе. Тут он остановил машину на обочине и стал осматриваться — почему машина перестала слушаться руля? Он проверил рулевое управление — все было в порядке; пошел осматривать груз…

Что случилось с машиной?

Вдруг, скинув куртку, стал перекладывать рельсы. Он догадался, в чем дело. От тряски рельсы сползли назад, и передок машины стал приподниматься. Еще немного — и машина стала бы «на дыбы». Передние колеса катились, еле задевая за землю. При каждом толчке они вовсе утрачивали сцепление с землей. Трение между передними колесами и дорогой стало ничтожно малым; именно поэтому машина потеряла управление.

Причина оказалась в недостатке трения. Она часто играет очень важную роль. Если у паровоза трение колес о рельсы будет мало, колеса начнут буксовать и паровоз не сможет сдвинуть поезд. С непривычки трудно бывает быстро ходить по гладкому, натертому воском паркету — ноги скользят и не дают необходимой опоры.

Значит, трение не всегда вредное явление. Часто оно бывает полезным, а иногда и просто необходимым.

 

Дорога поворачивает машину

Шофер, поворачивая штурвал автомобиля, тем самым заставляет повернуться его передние колеса. Они становятся уже не вдоль дороги, а слегка вкось. Машина по инерции стремится продолжать движение в прежнем направлении, но передние колеса повернулись и встречают значительное сопротивление дороги. Сила трения дороги поворачивает весь автомобиль в ту сторону, куда его поворачивает шофер.

Самолеты, пароходы и простые лодки также используют силу трения и силу сопротивления воды или воздуха, когда им необходимо изменить направление своего движения. Для этого у них есть руль. Пока лодка движется прямо, ее руль стоит по ходу и почти никакого сопротивления со стороны воды не встречает: струи его легко обтекают.

Но как только руль поворачивает в сторону, на одну его плоскость начинают набегать водяные струи — возникает значительное сопротивление воды, и ее давление оттесняет руль, а вместе с ним и корму лодки в сторону, противоположную повороту руля. Нос же лодки направляется в ту же сторону, в какую повернут руль.

На больших кораблях силы, пробуждаемые поворотом руля, бывают настолько велики, что человек не в состоянии удержать в руках штурвальное колесо. На помощь приходит паровая машина или электрический двигатель. На крупных кораблях установлены особые рулевые машины, поворачивающие руль.

 

Поворот торможением

Иногда случается, что лодку надо повернуть круто и быстро. В таком случае действие руля оказывается недостаточным и раздается команда:

— Правая (или левая) табань!

Табанить на рыбачьем профессиональном языке означает примерно то же самое, что тормозить.

По этой команде гребцы опускают правые (или левые) весла в воду и ставят их лопасти поперек струй — тормозят движение лодки с одного борта, и лодка поворачивается в эту сторону.

Если же поворот надо выполнить еще быстрее и круче, дается команда:

— Правая табань, левая загребай!

Гребцы правыми веслами табанят, а левыми усиленно гребут. Такое сочетание гребли с торможением заставляет лодку повертываться почти на одном месте.

«Табань!»

Тем же приемом пользуется капитан большого парохода, если его корабль снабжен двумя винтами: рулю помогают работой машин. При повороте один винт работает как обычно, другой останавливается или дает задний ход. Соединенная работа руля и двух винтов дает возможность кораблям круто поворачиваться.

Трамваи, паровозы и вообще весь транспорт, движущийся по рельсам, не имеют рулевого управления: оно им не нужно. Его заменяют рельсы и реборды. Реборды, или гребни, — это выступающие края на ободьях колес. Когда колеса катятся по рельсам, гребни упираются сбоку в головку рельсов и не позволяют вагону или паровозу сходить с них. А для трамвайных путей иногда употребляют особые рельсы с желобком, в котором катятся гребни колес.

На закруглениях пути паровоз или трамвайный вагон стремится по инерции продолжать движение вперед по прямой линии, но гребни упираются в рельсы и заставляют поезд поворачивать.

Гусеничные машины — тракторы и танки — тоже не имеют рулевого управления, такого, как у их ближайших родственников — автомобилей. Тракторами и танками управляют при помощи тормозов. Правая и левая гусеницы имеют отдельные тормоза и отдельные тормозные рычаги. Подтянув правый тормозной рычаг, водитель замедляет ход правой гусеницы, тогда как левая продолжает движение с прежней скоростью, и машина, подтормаживаемая с одной стороны, поворачивается. Такое устройство позволяет гусеничным машинам делать то, что немыслимо для колесных, — они могут поворачиваться почти на одном месте.

 

Мир без трения

Жить в мире, где каждому нашему движению препятствует трение, нелегко, но если трение исчезнет, нам придется гораздо хуже. В фантастическом Мире без трения возможны происшествия более удивительные, чем те, что описаны в сказке К. Чуковского «Мойдодыр».

В сказке все вещи героя разбежались в стороны, потому что надо было наказать неряху и грязнулю; но то же самое случится сразу же, как только исчезнет трение. Шевельнется спящий человек, и одеяло, не удерживаемое трением покоя, сползет и отправится путешествовать по комнате, заденет за сапоги, и сапоги поползут куда придется. По еле заметному уклону пола покатится кровать. Она заденет за стол, и стол отправится по направлению полученного толчка. Стол зацепит по дороге за стулья, и очень скоро все вещи соберутся где-нибудь в одном месте. Ведь пол не бывает идеально горизонтальным.

В Мире без трения жизнь человека превратится в непрестанную, упорную погоню за расползающимися и разбегающимися вещами.

При отсутствии трения каждый, даже самый малейший толчок будет вызывать безостановочное движение по инерции у всех предметов. Но сможет ли человек что-либо сделать? Если он встанет на пол, то как устоять на нем? Полы, тротуары, дороги станут более скользкими, чем самый гладкий лед. Ходить по полу будет совершенно невозможно, и передвигаться люди смогут, пожалуй, только при помощи каких-либо липких или клейких веществ, то есть им придется приклеивать себя к полу при каждом шаге. Но это будет возможно лишь при условии, что с исчезновением трения и эти вещества не потеряют своей липкости.

Сразу после исчезновения трения люди с ужасом убедятся, что платье на них расползается. Ведь швы держатся исключительно благодаря трению между нитками и тканью. Все пуговицы оторвутся, все узелки развяжутся, гвозди из ботинок выскочат, и ткани начнут расползаться, потому что волоконца в нитках тоже скреплены трением.

Все часы начнут ужасно спешить, так как в точке подвеса их маятника уже не будет действовать сила трения.

Все тормоза перестанут действовать. Остановить трамвай, поезд, троллейбус или автомобиль окажется невозможным. Все они будут продолжать движение по инерции равномерно, прямолинейно и безостановочно до тех пор, пока не врежутся в какое-либо препятствие или не свалятся под откос на повороте.

Ураганы, возникшие где-либо на Земле, начнут безостановочное движение вокруг земного шара, все сметая на своем пути.

Громадные волны, поднятые бурями, сделают невозможным сообщение по морю.

Все это может произойти только при частичном исчезновении трения. Если же прекратят свое действие все виды трения, то земной шар превратится в клубок мельчайшей пыли, окутанной такой же пыльной атмосферой.

Трение мешает людям двигаться и двигать, но без трения мы совсем не могли бы передвигаться и даже существовать. Трение не только вредно, но и полезно.

Трение совершенно необходимо и неизбежно. Оно порождено тем, что мир материален и каждый предмет может двигаться только во взаимодействии с другими предметами, а трение является неизбежным следствием этого взаимодействия.