Здравствуй, физика!

Как поставить спичку?

В главе «Рельсы в небесах» ты научился ставить предметы, которые, казалось бы, должны лежать и только лежать. Ты ставил на острие заточенный карандаш. Ты ставил на край стола перочинный ножик.

Но как поставить заостренную спичку? Как сделать, чтобы она стояла головкой вверх?

Для этого есть очень простой способ. Вырежь из картона кружочек, проткни его точно в центре и надень на спичку. Получилась хорошо известная тебе игрушка — волчок.

Закрути его между пальцами и поставь на стол. Пока волчок крутится, он стоит.

Этот опыт настолько прост, что ты едва ли будешь его делать. Ведь и так все ясно. Интереснее сделать деревянный волчок в форме конуса, или кубарь, как его еще называют. Но хороший кубарь вручную не выстругаешь, его нужно выточить на токарном станке в школьной мастерской. Чтобы кончик не так быстро тупился, забей в него граммофонную иглу. Ее тупой конец послужит прекрасным основанием для кубаря. Только забивать иглу нужно точно по оси. Скосишь — волчок будет вертеться очень плохо.

Кубарь интересен тем, что его можно все время подгонять, подстегивать кнутиком. И пока кубарь вращается, он будет стоять на острие.

Даже подпрыгнув от удара кнутика, он не наклонится и, опустившись, будет вращаться все так же прямо. А если ты его толкнешь в бок, он все равно не наклонится, а отскочит.

Вывод ясен. Вращающийся волчок сохраняет направление своей оси.

Немножко цирка

Тр-р-р-рр! Тра-та-та-тах-трр! Грохоча и стреляя двигателями, мчатся мотоциклы по вертикальной стене. Ты уже знаешь — их держит центробежная сила.

А вот выбегает на арену другой цирковой артист. Поклон публике… Оркестр заиграл веселый, бодрый марш… И вот уже над головой у артиста на легкой палочке завертелась тарелка. Узнаешь артиста? Жонглер! Узнаешь закон физики? Волчок! Тарелка подперта палочкой не в центре, а ближе к краю. Так удобнее раскручивать. И все же она держится на палочке. Держится, потому что сохраняет направление своей оси.

Продолжая вращать тарелку, жонглер умудряется перекувырнуться через голову или лечь на пол и перекатиться, перехватывая палочку из руки в руку. Потом он перебрасывает тарелку другому жонглеру. Тот подхватывает ее на свою палочку и продолжает вращать.

Иной раз жонглеры крутят не одну тарелку, а несколько, держа две палочки в руках, третью — на носке ноги, а на лбу удерживая шест, на котором вращается целое блюдо или поднос, уставленный рюмками.

Вот какие чудеса вытворяет в цирке волчок! Но, конечно, одного только чудесного свойства волчка тут недостаточно. Чтобы стать жонглером, надо несколько лет учиться этому искусству. И даже выучившись, артисты цирка каждый день тренируются, каждый день тратят часы на повторение своих номеров, чтобы потом с замечательной легкостью, с беспечной улыбкой исполнить их на манеже.

Поэтому я не советую тебе пытаться повторить опыт с вращением тарелки на палочке. Во всяком случае, не делай его ни с фарфоровой тарелкой, ни с фаянсовой, ни даже с тарелкой из пластмассы. Пластмассовая тарелка тоже треснет, если ее хорошенько уронить. А за этим дело не станет!

Если уж очень хочется попробовать свои силы, вырежь круг размером с тарелку из толстого картона, или выпили из фанеры. Он-то не разобьется! Но помни, что учиться жонглировать можно только в таком месте, где ты ничего не заденешь, не зацепишь, не опрокинешь. Подальше от зеркал, шкафов, окон, от полок с посудой!

Фокус с тарелкой едва ли у тебя получится. Гораздо легче другой фокус — с широкополой шляпой. Его часто проделывают цирковые клоуны, набрасывая шляпы на головы своим партнерам. Попробуй и ты набросить шляпу на голову товарищу. Это не так уж трудно. Важно только, бросая шляпу, закрутить ее вокруг вертикальной оси. Тогда она не будет кувыркаться в воздухе. Ну, а остальное уже зависит от твоей меткости!

Танцующее яйцо

Если у тебя есть поднос с совершенно гладким дном, можешь сделать этот интересный опыт. Перевернув поднос, положи на его донышко крутое яйцо. Води поднос по кругу, все ускоряя и ускоряя вращение. Яйцо, лежащее на середине донышка, будет увлечено этим движением и начнет вращаться вокруг собственной оси все быстрей и быстрей. Понемногу оно поднимется и остановится на одном конце, вращаясь, как волчок.

Для того чтобы лучше удавался этот опыт, яйцо нужно варить с хитростью. Оно должно не лежать в кастрюле, а стоять в ней вертикально. Добиться этого можно, например, надев на яйцо проволочную спираль, расширяющуюся книзу. Дело в том, что под скорлупой у тупого конца яйцо имеет воздушную камеру. При варке в вертикальном положении эта камера расположится точно по оси яйца, так что во время опыта легче будет добиться равновесия.

Если тебе все же не удастся заставить яйцо танцевать по подносу, вот уловка, которая облегчает этот опыт. Положи поднос на стол так, чтобы край выступал и его можно было сразу подхватить. Яйцо поставь посредине, придерживая его большим пальцем левой руки и указательным пальцем правой. Быстрым движением рук заставь яйцо вращаться. Потом подхвати поднос и поддерживай вращение яйца легкими толчками.

Какое крутое, какое сырое!

Почему пущенный волчок продолжает вращаться и после того, как ты убрал руку? Здесь действует еще один вид инерции — инерция вращения. На инерции вращения основан интересный опыт с яйцами — сырым и сваренным вкрутую.

Натяни на каждое из этих яиц по длине резиновое колечко. Повесь оба яйца на проволочные крючки, привязанные к ниткам. Теперь каждое яйцо поверни несколько раз так, чтобы нитки закрутились на равное число оборотов.

Когда отпустишь яйца, крутое быстро завертится в одном направлении, потом в обратном, снова и снова… Так оно будет вертеться довольно долго, прежде чем окончательно остановится. А вот сырое яйцо остановится почти сразу. Почему? Да потому, что крутое яйцо вращается как одно целое. А у сырого содержимое полужидкое, оно слабо связано со скорлупой.

Нитка, раскручиваясь, приводит во вращение скорлупу. Скорлупа «набирает обороты», но полужидкое содержимое из-за инерции покоя отстает от вращения скорлупы и тормозит.

Можно сделать похожий опыт и проще, не подвешивая яйца, а крутнув их пальцами на донышке тарелки или на гладком столе. Крутое будет вертеться долго, сырое остановится почти сразу. Кстати сказать, это надежный способ отличить крутое яйцо от сырого, не разбивая скорлупы.

У этого опыта есть интересное продолжение. Пустив крутое яйцо вертеться волчком по тарелке, на мгновение положи на него руку, чтобы остановить. Ты тут же отнимешь руку, но все будет уже кончено. Вращение не возобновится. Это понятно.

А вот сырое яйцо ведет себя более загадочно. Если, остановив его, ты отнимешь руку достаточно быстро, вращение возобновится! В чем здесь дело? Конечно же, в инерции вращения. Ведь содержимое, хоть и отставая и тормозя, все-таки тоже вращалось. И когда ты остановил скорлупу, вращение содержимого еще продолжалось по инерции. Убрал руку — роли переменились. Теперь уже содержимое увлечет в своем вращении скорлупу!

Опыты с покупным волчком

Очень интересные опыты можно проделать, если тебе удастся найти в магазине игрушек тяжелый металлический волчок, укрепленный в металлическом кольце. Эта игрушка называется гироскопом (или жироскопом).

Волчок запускается тонким и прочным шнурком. При быстром вращении он сохраняет вертикальное положение, если его поставить на один из шариков кольца. Волчок не только не падает, он даже сопротивляется, когда его пробуют повалить. И только когда вращение замедлится, волчок постепенно ложится набок.

Впрочем, все это тебе уже знакомо по опытам с простыми самодельными волчками. Но усовершенствованный покупной волчок дает и новые возможности.

Например, он передвигается, не падая, по донышку тарелки или по другой гладкой поверхности, если нажимать палочкой на его нижний шарик.

Можно придать волчку положение, которое как будто бы противоречит всем законам равновесия. Он будет вращаться, стоя наклонно на кончике иглы. Для этого воткни швейную или граммофонную иглу в пробку бутылки острием вверх и, закрутив волчок, поставь его осторожно и точно на острие. Хорошо, если на шарике волчка есть маленькое углубление. Оно не даст соскочить с иглы. Если волчок немного наклонить, он, вместо того чтобы падать, опишет круг свободным концом.

А ты ведь уже знаешь, что равновесие волчка неустойчиво. В самом деле, если его наклонить, центр тяжести будет опускаться. Значит, волчок должен упасть. И он в самом деле упадет, как только перестанет вращаться. Но пока вращается, стоит. Ось вращения сохраняет свое положение.

Вращающийся волчок может, словно канатный плясун, удерживаться на тонкой нитке. Для этого нужно только, чтобы в одном из шариков покупного волчка был желобок. Если его нет, можешь сам аккуратно сделать тонким напильником. Привяжи нитку к ручке окна, двери, к вешалке или другому неподвижному предмету, а другой конец возьми в руку. Раскрутив волчок, поставь его желобком на нитку. Он будет стоять неподвижно или «ездить» от одного конца к другому, если ты будешь поднимать или опускать нитку. Хорошо раскрученный волчок может ходить через всю комнату!

А вот еще замечательный опыт с покупным волчком. Подвесь волчок за один из шариков на прочной нитке. Пока волчок не вращается, он будет, конечно, висеть вертикально. Но как только ты запустишь волчок, он сможет вертеться в том положении, какое ты ему придашь. Хотя бы даже боком!

Велосипед и винтовочная пуля

Что между ними общего? Разные размеры, разная форма, разное назначение… И все же велосипед и пуля — родня. Есть у них общий родственник — волчок!

Именно на способности волчка сохранять направление оси вращения основано хорошо известное тебе равновесие велосипеда. Ведь каждое из его колес — это волчок, лежащий на боку. Неподвижный велосипед немедленно валится набок, катящийся — держится прямо! В цирке часто можно видеть акробатов, выделывающих на велосипедах всяческие чудеса. А ведь еще в конце прошлого века все велосипеды были трехколесными. Не только детские, но и для взрослых тоже. Оказывается, детский трехколесный велосипедик — не сын «взрослого» велосипеда. Скорее уж он его дедушка!

И винтовочная пуля тоже вертится в полете, как волчок. Ведь винтовка потому так и называется, что у нее в стволе сделаны винтовые нарезы. Проносясь по стволу, пуля из-за этих нарезов получает быстрое вращательное движение. Поэтому и во время полета в воздухе она не будет кувыркаться. Ось пули сохранит то направление, какое было у нее в стволе. Острый конец будет все время смотреть вперед!

Так же устроены и современные пушки. Их снаряды тоже вращаются, как волчки, и тоже летят острым концом вперед. Поэтому они улетают гораздо дальше и поражают цель гораздо точнее, чем круглые ядра старинных гладкоствольных пушек!

А гладкоствольные ружья, которыми еще в начале прошлого века была вооружена пехота всех армий мира, теперь выпускаются только для охоты. Ведь охотники стреляют дробью, а по более крупной дичи — картечью. Нарезка здесь все равно ни к чему.

Иногда, правда, из гладкоствольных ружей стреляют и большой свинцовой пулей — так называемым жаканом. Но дальнобойность и точность при этом невелики. Поэтому для охоты на опасных хищников пользуются все же винтовками, карабинами и другим нарезным оружием.

За рулем — автомат!

С гулом и свистом разрывая воздух, мчится в заоблачной вышине реактивный пассажирский самолет. На борту этого стремительного воздушного корабля сегодня оказались и мы с тобой. Пассажиры мы не совсем обычные, нас даже пустят в пилотскую кабину. Скорее воспользуемся этим правом!

По коридорчику проходим мимо радиста. Впереди, в остекленной кабине, сидят в удобных креслах командир корабля и второй пилот. Но что это? Они мирно переговариваются друг с другом и при этом вовсе не держатся руками за рычаги управления!

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!