Здравствуй, физика!

Бегемот и птичка

Представь, что тебе понадобилось приподнять шкаф. Не хватает сил? Не горюй! Подсунь под край шкафа крепкую палку — и ты приподнимешь его без особого труда.

Ты хочешь раздавить орех и не можешь сделать это руками. Ну что же. Есть специальные щипцы для орехов. С их помощью ты легко справишься с этой задачей.

Тебе нужно разрезать жесть. Ты, конечно, не станешь делать это ножом. Нет, ты возьмешь ножницы по металлу. Хорошие ножницы режут жесть, как бумагу.

Все эти случаи, на первый взгляд, очень разные. И все-таки они похожи один на другой.

У тебя не хватило силы, чтобы сделать ту или иную работу. Тогда ты берешь в руки какое-то приспособление — и работа сразу становится тебе по силам!

И самое удивительное здесь то, что приспособление — палка, щипцы, ножницы — не имеет двигателя, не имеет никакой собственной силы. Оно только увеличивает ту силу, которую прикладываешь ты.

Чтобы понять, как это получается, проделай опыт. Возьми два предмета разного веса. Я брал фарфоровую фигурку бегемота и гораздо более легкую деревянную птичку. Посади их на концы линейки, положенной серединой на круглый карандаш. Кто перетянет? Ясно, что бегемот. Он ведь тяжелее.

Ну, а если сдвинуть карандаш поближе к бегемоту? Еще, еще ближе! Смотри-ка: птичка и бегемот уравновесились! А подвинь карандаш еще ближе к бегемоту — и птичка перевесит!

Что же понадобилось легкой птичке для того, чтобы перетянуть тяжелого бегемота? Приспособление, состоящее из дощечки и карандаша. Дощечка опирается на карандаш. Место, в котором она опирается, называют точкой опоры.

В этом опыте мы взяли дощечку потому, что на нее удобно ставить фигурки. Можно было бы взять и круглую палку, и брусок, да и мало ли какой еще продолговатый предмет. Действие было бы тем же самым, только птичку и бегемота пришлось бы не ставить, а привязывать, или подвешивать, или приколачивать.

Длинную палку с точкой опоры называют рычагом. Это очень древнее приспособление. О рычаге сказал великий механик и математик древности Архимед из Сиракуз: «Дай мне точку опоры — и я переверну весь мир!»

Палка, подсунутая под шкаф, — это рычаг. И ты своим «птичьим» нажимом поднимаешь на ней «бегемота»— целый шкаф.

Каждая половинка щипцов для орехов — это рычаг. Поэтому «птичка» — твои пальцы — осиливает «бегемота» — сопротивление твердого ореха.

И каждая половинка ножниц — тоже рычаг. Поэтому «птичка» — твоя рука — на этот раз осиливает сопротивление толстой жести.

Посмотри внимательно на рисунки и сообрази, где находится в каждом случае точка опоры, где приложенная сила («птичка») и где сопротивление («бегемот»).

Птичкина хитрость

В чем же все-таки птичкина хитрость? Как это у нее получается, что она перетягивает бегемота? И как рука поднимает шкаф? И как удается раздавить орех? Ведь никакого постороннего двигателя во всех этих опытах нет. А сила все же увеличивается.

Дело, конечно, в том, что концы рычага имеют разную длину. Мы ведь подвигали карандаш совсем близко к бегемоту. И тогда только птичке удавалось этого бегемота поднять. Еще бы, она ведь опускалась с большой высоты, чтобы приподнять неподатливого бегемота едва на какой-нибудь сантиметр!

И шкаф тоже был приподнят совсем немного. А рука сделала большое движение! Так получалось и с ножницами, и со щипцами для орехов. Птичка может поднять бегемота, только ухватившись за длинный конец рычага. Но при этом ей нужно пройти большой путь. А бегемот сдвигается совсем немного.

Оказывается, сила птички увеличивается во столько раз, во сколько ее конец рычага длиннее. Собственно, не конец, а вся часть рычага от точки опоры до конца, до того места, где сидит птичка. Эта часть рычага называется плечом. Так вот, если одно плечо длиннее другого вдвое — и сила увеличивается тоже вдвое. Плечо длиннее в десять раз — и сила удесятерится!

Рычажные весы

Вспомни, как тебя взвешивали при врачебном осмотре. Стоя на платформе весов, ты играл роль «бегемота» из нашего предыдущего опыта. А роль птички исполняла гиря, которую передвигала по коромыслу весов медицинская сестра. Конечно, эти весы устроены сложнее, чем в нашем опыте. В них спрятаны два рычага, расположенные один за другим. Но основной принцип тот же самый. Гиря по коромыслу передвигалась далеко, а движение платформы весов было едва-едва заметным.

Очень похожи по устройству и большие товарные, так называемые десятичные весы. Их можно увидеть на товарных складах и в багажных отделениях станций железной дороги. На почте взвешивают посылки тоже на рычажных весах. Хозяйственные, кухонные весы чаще выпускают пружинными, со стрелкой и циферблатом. Но иногда в кухне можно увидеть и рычажные весы.

Ты тоже можешь сделать кухонные рычажные весы.

Рычагом, да заодно уже и чашкой этих весов, будет служить поварешка, подвижной гирей — шумовка, точкой опоры для рычага тут будут зубья вилки. Они лежат на шляпках двух гвоздей, воткнутых в пробку. Другой конец вилки вставлен в крючок поварешки вместе с кусочком пробки, чтобы не выпадал.

На стене проведи горизонтальную линию. Как это сделать — объяснено дальше, в главе «О воде и трубах» («Как повесить картину?»). Взвешивая груз, передвигай шумовку до тех пор, пока поварешка не установится параллельно этой линии.

На коромысле почтовых и медицинских весов нанесены деления. И на ручке поварешки их тоже нужно будет нанести. Сперва отметь положение шумовки на поварешке без груза. Потом положи в черпак поварешки груз в 0,5 кг и передвигай шумовку, пока снова не установишь равновесие. Отметь и это положение шумовки. Промежуток между двумя отметками раздели по линейке на пять равных частей и проставь около делений цифры: 0; 0,1 кг; 0,2 кг и так до 0,5 кг. Весы готовы!