Леонид Гальперштейн - Здравствуй, физика!

У нас невольно душа уходит в пятки. Сейчас, сейчас никем не управляемая машина сорвется в штопор, врежется в землю, разобьется вдребезги!

Впрочем, пока все обстоит благополучно. Рычаги слегка двигаются, покачиваются, словно на них лежит чья-то невидимая рука. И рука эта, должно быть, очень умелая и уверенная. Ведь самолет идет спокойно и ровно, как по ниточке. Кто же его ведет?

Оказывается, у пилотов есть помощник. Только это не человек, а… волчок! Конечно, не простой волчок. Он встроен в целую сложную машину, которая называется автоматический пилот, или автопилот. Но главная часть, сердце автопилота, — это все-таки волчок. Вернее, гироскоп, похожий на покупной, опыты с которым мы только что делали. Только этот гироскоп не запускают шнурком. Его все время вращает специальный электродвигатель. И как только самолет отклонится от заданного курса, гироскоп, сохраняющий прежнее направление оси, включает самолетные рули.

Самый опытный летчик не сможет вести машину так точно, так ровно, как это делает автопилот, управляемый волчком!

«Тихо и плавно качаясь» — так называется один старинный вальс. В нем поется о качелях, на которых так приятно качаться. Но качаться любят не только живые люди. Вырежь из бумаги двух человечков по нашему рисунку. Эти человечки тоже большие любители качаться на качелях. Только сами они сделать качели не умеют. Придется им помочь. Мы сделаем для них качели не простые, а с двигателем, чтобы сами качались. И двигатель этот будет не электрический, не паровой не бензиновый, а… стеариновый!

Не слыхал про такой? Сейчас услышишь! Главная часть стеаринового двигателя — это кусок обыкновенной стеариновой свечи длиной 10–12 см. Если свеча у тебя длиннее, лишнее отрежь.

Посредине куска свечи воткни две булавки, одну против другой. Середину надо найти поточнее. Сделай это с помощью линейки с миллиметровыми делениями.

На большую сковороду или на противень поставь два одинаковых стакана и положи булавки на их края. Только сначала подстели лист плотной бумаги или картона, который не жаль закапать стеарином.

Стеариновый двигатель готов, осталось только приладить к нему человечков. Укрепи их с помощью тонкой проволоки, как показано на рисунке. Видишь, человечки сидят довольно далеко от концов свечи. Ведь они боятся огня.

Теперь зажги тот конец свечи, который окажется наклоненным вниз. Когда свеча качнется и горящий конец подымется, зажги второй конец. Скоро стеариновый двигатель заработает вовсю, и человечки будут качаться в полное свое удовольствие. Присмотрись к работе двигателя и постарайся понять, почему свеча качается.

Ты, конечно, видел много вещей, которые качаются. Качается гамак. Покачивается от сквозняка люстра. А в часовой мастерской — сколько там часов с качающимися маятниками! Просто глаза разбегаются. И качаются маятники по-разному. Тик-так, тик-так, — спешит легкий, маленький маятник ходиков. Так-к! Так-к! — солидно подтверждает большой и тяжелый маятник часов, стоящих на полу. Он качается гораздо реже.

Почему разная частота качания у маятников? Давай проверим. Вместо маятников можешь взять два любых тела разного веса. Я опять-таки брал свои любимые фигурки: тяжелого бегемотика и легкую птичку.

Подвесь бегемота на нитке длиной примерно 1 м, а птичку — на нитке длиной 25 см.

Теперь качни их не очень сильно. Ты увидишь, что легкая птичка так и порхает вправо — влево, вправо — влево. А тяжелый, солидный бегемот качается примерно вдвое медленнее.

Казалось бы, все ясно. Тяжелое тело колеблется медленно, легкое— быстро. Но не спеши делать выводы. Сделай тот же опыт, поменяв нитки.

Ты увидишь, что бегемот, привязанный на короткую, «птичкину» нитку потеряет всю свою солидность. Он засуетится, заспешит, будет, словно птичка, порхать вправо— влево, вправо — влево!

Зато птичка, подвешенная на длинной «бегемотьей» нитке, переймет повадку бегемота. Она начнет качаться солидно, важно, не спеша. Выходит, что частота качания зависит вовсе не от веса. Она зависит от длины маятника! Маленький маятник ходиков качается так быстро не потому, что он легкий, а потому, что коротенький!

А почему вообще применяют маятник в часах? Там ведь нет никаких человечков — любителей покачаться. Но дело здесь вовсе не в человечках. Исследуя движение качающихся тел, физики выяснили очень важную вещь. Оказалось, что время, за которое тело качнется вправо — влево и вернется в прежнее положение, остается всегда постоянным. Каждое колебание — и второе, и десятое, и сотое — занимает ровно столько же времени, сколько заняло первое. Потому-то маятник и приспособили к часам. Он регулирует их ход.

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 бы, как белки в колесе. Вж-ж-ж… Готово! Гиря опустилась на всю длину цепи, и все движение остановилось!

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.