Физика для чайников. Приключение на эскалаторе

Из книги Л.Я.Гальперштейна «Забавная физика»:

«Эскалаторы – движущиеся лестницы действуют на станциях метро и в больших магазинах. Ими ежедневно пользуются миллионы людей. Эскалатор удобен, надёжен, безопасен. И всё же…

Рассказывают, что произошёл однажды такой случай. Один ротозей спускался на эскалаторе, держа в руках корыто. Держал он это корыто, держал и уронил. Корыто понеслось вниз, словно санки с горы. Набрало скорость и ударило под коленки толстяка с покупками. Толстяк рухнул, как подкошенный. Куда рухнул? Да в корыто, конечно!

Он упал в корыто, словно гривенник в бутылку, словно крутое яйцо в стакан с водой – из предыдущих рассказов из раздела «Физика для чайников». Виновата в этом была инерция. Ведь если бы толстяк не стремился сохранить равновесие в состоянии покоя, стоя на ступенях эскалатора, он бы от удара и толчка пришёл бы в движение мгновенно и покатился бы не в корыте, а впереди него.

Но инерция сделала своё дело. И бедный толстяк, беспомощно размахивая руками и ногами, с громом промчался по ступенькам и распугал всех пассажиров. А когда эскалатор кончился, корыто с визгом и скрежетом проехало ещё несколько метров по гранитным плитам пола. И только после этого толстяка вынули из корыта, словно младенца из колыбели…

Я не знаю, случилась ли эта история в действительности. Слишком уж она смешная. Но если бы случилась, всё было бы именно так. Всё до самого конца – до торжественного выезда толстяка в корыте с эскалатора. Ведь здесь произошло примерно то же, что происходит с тобой в автобусе, когда он резко тормозит. Движение автобуса прекращается, как прекратилось движение эскалатора, ушедшего под пол. А ты ещё продолжаешь двигаться, ты летишь вперёд, словно толстяк в корыте.

Что это – инерция? Да, это тоже инерция. Только не инерция покоя, а инерция движения. Оказывается, тело стремится сохранить состояние покоя лишь в том случае, если оно уже находится в покое. Но если тело движется, тогда оно стремится продолжить своё движение.

Чтобы лучше с этим разобраться, сделай опыт. Конечно, я понимаю, что тебе очень бы хотелось повторить опыт с корытом и эскалатором. Жаль, что эскалатор нельзя устроить дома. Ну ничего. Мы с тобой соорудим другую интересную машину – катапульту. Но ты может быть, не очень хорошо знаешь, что такое катапульта? Тогда сначала прогуляемся в прошлое. Недалеко, всего на каких-нибудь два тысячелетия!

* * *
Итак, мы в прошлом. Смотри-ка, здесь воюют! Войско древних римлян осаждает город. Вот римские легионеры бросаются на приступ. Но город не зря называется городом. Он действительно огорожен, обнесён оградой – частоколом из толстенных брёвен.  По углам – грозные башни. Огромные ворота заперты, заложены могучими засовами.
Горожане защищаются отчаянно. Кому охота попасть в рабство? Летят градом стрелы, сверкают мечи и копья, свистят грозно палицы. Со стен льётся кипяток, падают каменные глыбы…

Приступ отбит. Легионеры отступают. Но гляди-ка, там, куда не долетают стрелы горожан, другие римляне устанавливают какое-то громоздкое деревянное сооружение. Это не пушка. Да пушки ещё не изобретены. Это катапульта.
Упавшие духом горожане видят раму из толстых брусьев. Над ней торчит вверх сооружение, напоминающее букву «П». Ножки у «П» толстенные да ещё подпёрты прочными подкосами. А могучая перекладина обмотана чем-то мягким.
Под буквой «П», между брусьями рамы, натянут толстый жгут из бычьих сухожилий. А в самую середину этого жгута вставлена концом… ложка? Да, ложка! Только она разве что сказочному великану пришлась бы по руке. Эта ложечка больше человека!

Рассмотрим внимательно рисунок. Видишь, к ручке ложки привязан канат? Он наматывается на ворот, который крутят два воина. Сначала дело идёт легко. Но чем ниже склоняется ложка, тем больше её конец закручивает жгут из сухожилий. Сухожилия натягиваются, как струны. Воины тяжело дышат. Ворот едва поддаётся их усилиям. Он скрипит, скрежещет. Но вот наконец ложка легла почти горизонтально. Воины катят бочонок со смолой, ставят его в ложку катапульты, выбивают дно и подносят горящий факел.
Смола вспыхивает чадным пламенем. Раздаётся отрывистая команда. И ложка, мгновенно освобождённая от каната, резко поднимается. Страшный удар о перекладину… Катапульта содрогается и подпрыгивает… И вот уже бочонок летит, роняя огненные струи горящей смолы. Перемахнув через стену, он падает на крышу деревянного домишки. В городе вспыхивает пожар!

Горожане бросаются тушить, а римляне готовят катапульту к следующему выстрелу. Дело это не простое. Пока установишь катапульту, нацелишь её в нужное место, пока взведёшь ложку да пока зарядишь, пройдёт не меньше четверти часа. А самые большие катапульты и по часу готовят к выстрелу. Но вот новый удар сотрясает воздух, и новый бочонок летит, пылая, в осаждённый город. Ещё, ещё… А когда в городе вспыхивает несколько пожаров, римляне начинают заряжать катапульту каменными глыбами.

Двухпудовая глыба, описав в воздухе дугу, с грохотом и треском врезается в городскую стену. Тр-рах! Толстенные брёвна ломаются, как прутики. Только щепки летят! Тучей вьётся пыль. Осаждённые суетятся, тащат к бреши камни, мешки, корзины с землёй. А римляне готовят катапульту к новому выстрелу. Может они и не попадут сразу в то же самое место. Катапульта стреляет неточно. Но рано или поздно в стене образуется большой пролом, и тогда римляне, размахивая мечами, кинутся на последний, победный приступ…

Так действовала катапульта – гроза крепостей древности, чудо военной техники первого тысячелетия до нашей эры. Изобрели её, видимо, ассирийцы, усовершенствовали древние греки и римляне. Потом придумали другую машину – баллисту. Она могла бросать не только камни и бочки, но и могучие стрелы и даже брёвна, окованные железом. Такое бревно, длиной до трёх метров, пробивало четыре ряда плотного частокола!

* * *
Простейшую модель катапульты ты можешь соорудить на кухне. Одна из главных частей – ложка. Лучше всего, если есть деревянная. Она, кстати, и видом больше похожа на ложку настоящей катапульты. Ложка из нержавеющей стали тоже годится. А вот алюминиевая не подойдёт: она согнётся. И поварёшку брать не стоит: её тоже можно согнуть. Станину катапульты заменит небольшая кастрюля.

Вместо жгута из бычьих сухожилий придётся приспособить резиновое кольцо. Очень подходящие кольца прилагаются к стеклянным крышкам для домашнего консервирования. Такое кольцо можно взять на время, от нашего опыта оно не испортится. Если есть старая велосипедная, мотоциклетная или автомобильная камера, можно отрезать колечко от неё. Наконец, годится и круглая резиновая подвязка. Кольцо пропусти под одной из ручек кастрюльки и сложи пополам. Получается две петли. Продень в них ручку ложки и упри её концом в угол между дном и стенкой кастрюльки. На рисунке видно, как это сделать.

Положи кастрюлю на стол так, чтобы она опиралась свободной ручкой и краем дна. В ложку заложи снаряд: мячик от настольного тенниса, небольшую картофелину, спичечный коробок. Теперь можно стрелять. Оттяни ложку вниз и отпусти её. Трах! Ложка, притягиваемая резинкой, подскочит вверх и ударится о край кастрюли. Снаряд вылетит и опишет в воздухе красивую дугу. Может быть, вылетит и ложка. Но она не улетит так далеко.

Почему же полетел наш снаряд? Как и в настоящей катапульте, он сначала двигался вместе с ложкой. Но ложка ударилась о преграду и остановилась. А на пути снаряда преграды нет. И он продолжает двигаться по инерции, он летит, покинув катапульту!

Кстати сказать, в наше время катапульта снова нашла применение в военном деле. С её помощью запускают самолёты с палуб авианосцев и других кораблей, где не хватает места для обычного разбега. И на реактивных самолётах пользуются катапультой, чтобы в случае аварии выбросить в воздух лётчика с парашютом. Сам он при такой скорости выскочить не может: слишком велико сопротивление воздуха. Конечно, устройство современных катапульт совсем другое. Но принцип тот же: инерция движения.»


Уважаемый читатель!
В моём детстве распространённым «инструментом» для стрельбы была рогатка, которую сооружали сами из подходящих раздвоенных веток с помощью ножичка. Модельные резинки, как на картинке, взятой из свободного доступа в Интернет, очень слабо стреляли. Поэтому вырезали полосы из негодной велосипедной камеры подлиннее, пульки делали из проволоки, сгибая кусачками. Шалили все пацаны в округе, целясь по стеклянным пустым бутылкам, жестяным банкам, а иногда – по фонарным лампочкам на столбах. Силу удара испытывали и на теле.


Шесть вопросов от автора «Забавной физики»:
«Хорошо ли ты понял, что такое инерция движения? Если понял, ответь на вопросы:
Почему брошенный мячик продолжает лететь вверх уже после того, как ты выпустил его из руки?
Почему лыжник не падает с трамплина вертикально вниз, а описывает в воздухе пологую дугу?
Почему бегун, споткнувшись, падает вперёд, а не назад?
Почему шофёр, увидев человека, перебегающего через улицу, не может остановить машину сразу?
Почему переламывается прутик, если стегнуть им по столбу? И почему отломившийся конец прутика отлетает по направлению движения?
Почему пуля, вылетев из ствола винтовки, продолжает лететь вперёд, хотя на неё уже не давят сзади пороховые газы?»