Яков Перельман - Физика на каждом шагу

Рис. 72

Первоклассный бегун, состязающийся на скорость, вовсе не стремится в начале бега быть впереди соперников. Напротив, он старается держаться позади них; только приблизившись к финишу, он проскальзывает мимо других бегунов и приходит к конечному пункту первым. Для чего избирает он такой маневр? Почему ему выгоднее бежать позади других?

Причина та, что при быстром беге приходится затрачивать немало работы для преодоления сопротивления воздуха. Обыкновенно мы не думаем о том, что воздух может служить помехой нашему движению: расхаживая по комнате или прогуливаясь по улице, мы не замечаем, чтобы воздух стеснял наши движения. Но это только потому, что скорость нашей ходьбы невелика. При быстром движении воздух уже заметно мешает нам двигаться. Кто ездит на велосипеде, тот хорошо знает, что воздух мешает быстрой езде. Недаром гонщик пригибается к рулю своей машины: он этим уменьшает величину той поверхности, на которую напирает воздух. Вычислено, что при скорости 10 км в час велосипедист тратит седьмую часть своих усилий на то, чтобы бороться с воздухом; при скорости 20 км на борьбу с воздухом уходит уже четвертая доля усилий ездока. При еще большей скорости приходится расходовать на преодоление воздушного сопротивления третью долю работы и т. д.

Теперь вам станет понятно загадочное поведение искусного бегуна. Помещаясь позади других, менее опытных бегунов, он освобождает себя от работы по преодолению воздушного сопротивления, так как эту работу выполняет за него бегущий впереди. Он сберегает свои силы, пока не приблизится к цели настолько, что станет наконец выгодно обогнать соперников.

Маленький опыт разъяснит вам сказанное. Вырежьте из бумаги кружок величиной с пятикопеечную монету. Уроните монету и кружок порознь с одинаковой высоты. Вы уже знаете, что в пустоте все тела должны падать одинаково быстро. В нашем случае правило не оправдается: бумажный кружок упадет на пол заметно позднее монеты. Причина та, что монета лучше одолевает сопротивление воздуха, чем бумажка. Повторите опыт на иной лад: положите бумажный кружок поверх монеты и тогда уроните их. Вы увидите, что и кружок и монета достигнут пола в одно время. Почему? Потому что на этот раз бумажному кружку не приходится бороться с воздухом: эту работу выполняет за него монета, движущаяся впереди. Точно так же и бегуну, движущемуся позади другого, легче бежать: он освобожден от борьбы с воздухом.

Наши беседы о свойствах воздуха закончим старинным рассказом о первых опытах с воздушным насосом. Опыты эти производились в конце XVII столетия председателем самоуправления немецкого города Магдебурга физиком Отто Герике. Рассказ о выполненных им интересных опытах поясняется рисунками, взятыми из его книги.

«Мне пришел на мысль следующий опыт:

«Если наполним водою бочку, все щели которой заделаны настолько тщательно, что в нее не может проникать внешний воздух, затем вставим в дно металлическую трубку, через которую можно выпускать воду, то в силу своей тяжести она будет вытекать и оставит в бочке пустое пространство, в котором не может быть и никакого другого вещества.

«Желая проверить на опыте свои соображения, я заказал себе медный насос с поршнем и цилиндром, очень тщательно пригнанными (чтобы воздух не мог проникать внутрь насоса и выходить из него мимо поршня). Далее насос был снабжен двумя кожаными клапанами, из которых внутренний должен был впускать воду, а наружный – содействовать ее выливанию.

Укрепив в дне бочки свой насос, я попытался выкачать воду. Однако при этом обручи и винты, которыми насос прикреплялся к бочке, отрывались, прежде чем поршень успевал втянуть воду.

Рис. 73. Отто Герике, изобретатель воздушного насоса

«Впрочем труд мой не оказался бесполезным. После того как насос прикрепили большими винтами, было наконец достигнуто то, что трое сильных работников, качавших насос, могли добыть воду через отверстие, прикрытое клапаном. Тогда внутри бочки послышался шум, какой бывает при кипении воды; он продолжался до тех пор, пока пространство, оставшееся после удаления воды, не было заполнено воздухом.