Михаил Ивановский - Законы движения

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.

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».

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.

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.