Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
А ученые придумали прибор, состоящий из волчка (металлического обычно), который закреплен в специальных рамках и может вращаться свободно в любом из направлений. Посмотрите, на фотографии лабораторный гироскоп, доставшийся мне в наследство от моего папы, – этот гироскоп участвовал в создании систем наведения для первых советских ракет!
Настоящий лабораторный гироскоп. Стрелками показаны рамки.
Видно, что в центре – волчок, он может вращаться. Он закреплен в круглой рамке, которая в свою очередь закреплена еще в одной рамке – а та, в свою очередь в третьей. Я показал их стрелками.
Если быстро-быстро раскрутить волчок (в настоящих гироскопах это бешеные скорости, например двадцать тысяч оборотов в минуту!), то он будет сохранять свое положение в пространстве. Как ни крути гироскоп за внешнюю рамку, а ось волчка будет всегда показывать в одном и том же направлении.
Но если при этом надавить (пальцем) на одну из рамок, волчок начнет поворачиваться. Его движение описываются очень сложными уравнениями Эйлера (очень умный был физик). Но для нас важно, что, если на вращающееся тело начать прикладывать со стороны силу, это тело начнет поворачиваться.
Движения рамок и гироскопа описываются уравнениями Эйлера третей степени. Но бумеранг мы обязательно сделаем!
Например, если волчок вращается, как на картинке по стрелке, слева направо и мы надавим на вторую рамку справа налево, то неожиданно первая рамка гироскопа начнет поворачиваться вниз! Совсем не в том направлении, в котором мы давим на другую рамку.
Правило простое, несмотря на все сложные уравнения Эйлера: поворачивается гироскоп всегда так, чтобы все рамки совместились и приложенная сила оказалась совпадающей с направлением вращения, как бы помогала крутиться волчку. Но это так, для тех, кому интересно.
Представим же теперь, что этот гироскоп – летающий. А ведь наш бумеранг и есть вращающийся волчок! Только рамок у него нет, да они ему и не нужны – ведь он во время полета свободно висит в воздухе, так что ведет он себя словно настоящий волчок гироскопа, подвешенный в рамках.
Ну вот, мы добрались почти до конца теории.
Мы помним, что на верхнее крыло нашего бумеранга действует опрокидывающая сила. От этого вращающийся бумеранг начнет не заваливаться набок, как можно было бы ожидать, а как настоящий гироскоп начнет прямо в воздухе заворачивать налево! То есть поворачиваться так, чтобы действующая на него сила действовала в том же направлении, что и вращение бумеранга. Но при этом на него все так же будет действовать опрокидывающая сила, ведь, поворачивая, бумеранг начинает двигаться немножко в другом направлении, – и все повторяется, он опять чуть-чуть повернет налево и так далее.
И бумеранг начнет описывать красивый круг, постоянно поворачивая налево!
При этом постепенно скорость вращения самого бумеранга будет падать, разница между скоростью верхнего и нижнего крыла будет все меньше, и бумеранг перестанет вести себя как гироскоп. Что при этом произойдет? Он начнет помимо поворота налево еще и заваливаться набок – и вернется к нам в руки, уже просто вращаясь в воздухе, как лопасти вертолета, «лежа» в горизонтальном положении! Все!
Уф, а теперь – кто дочитал – за дело! Сделаем быстренько хороший, возвращающийся бумеранг.
Как я и говорил, надо взять две обычные деревянные линейки сантиметров по пятьдесят длиной. Их обычно делают из сосны, точно так же, как детали первых самолетов. На фотографии видно, как надо расчертить эти линейки для обработки. Обе линейки обрабатываются совершенно одинаково. В центре оставить квадратик. В этом месте они будут склеиваться друг с другом. Квадратик, естественно, должен быть шириной с эту же линейку.
Затем вдоль крыла проводится линия, отступающая на одну треть сверху с правой стороны и на одну треть снизу – с левой стороны. Как на фото.
На фотографии: линейки расчерчиваются для обработки вот так.
На следующей фотографии центральная часть дана более подробно.
Так надо расчертить оба крыла бумеранга. На фото – средняя часть.
Видно, как отходят от квадрата в центре две линии. Мы будем обрабатывать напильником поверхности так, чтобы они «опускались» от нарисованной линии к краям линейки. Таким образом, у правого крыла бумеранга передняя часть будет более «тупая», а сзади будет пологий «спуск». На схеме это видно. Нижняя сторона не обрабатывается вообще. Она должна быть плоской.
Я так подробно описываю все это, чтобы опыт точно получился.
А вот я сфотографировал, как это уже получилось после обработки напильником. Повторяю, высокая точность здесь не нужна, главное, чтобы более-менее гладко было обработано. Видите, я просто закруглил края. Один более круто, другой более полого.
На фото виден профиль крыла бумеранга. На самом деле поверхность должна просто быть более-менее выпуклой, а нижняя сторона – плоской.
Если теперь сложить эти обработанные линейки, то мы получим крест, каждое крыло которого совершенно одинаково по форме.
Так будет выглядеть бумеранг после склейки. Только уголки закруглим.
Теперь надо обязательно закруглить уголки у крыльев. Это не имеет отношения к аэродинамике. Просто иногда бумеранг попадает в полете не туда, куда надо, и лучше, если вращающийся винт стукнет гладким, а не острым. Страшного ничего нет, бумеранг слишком легкий, чтобы действительно что-то повредить. А вот боевые бумеранги, которые в размере больше метра и делаются из твердого дерева, легко позволяли охотникам убивать таких крупных зверей, как кенгуру!
На фотографии видно, что я скруглил уголки на концах крыльев бумеранга. На всякий случай, для безопасности.
Теперь еще верхнюю поверхность надо обработать шкуркой (наждачной бумагой). Сверхгладкой поверхности не надо, надо убрать зазубрины от напильника. Все равно потом еще покрасим бумеранг, это сгладит неровности.
Проще всего сшить крылья нитками, предварительно склеив.
Что мы делаем дальше? А мы в центральном квадрате просверливаем четыре дырочки в обоих линейках. Склеиваем так, чтобы дырочки совпали (я пользуюсь обычным «быстроклеящим» клеем). А после склеивания обе линейки сшиваю обычной ниткой, будто пришиваю пуговицу. Наматываю побольше ниток и заливаю клеем. Все. Бумеранг почти готов! В принципе его уже можно кидать! На фотографии видно, как я сшил две линейки. И видно необработанную сторону бумеранга. Видите, я ее даже не трогал – не обрабатывал никак. После покраски, конечно, цифры пропадут, и все станет красиво.
Бумеранг просто сшивается, предварительно надо склеить крылья, а потом промазать клеем нитки для надежности.
Тем, кто хочет больше заниматься бросанием бумеранга и меньше его поисками, рекомендую покрасить бумеранг краской. Сгодится любая водостойкая краска, например из аэрозольных баллончиков. Но я, например, красил гуашью и сверху покрывал тонким слоем лака.
Помимо красоты и улучшенной аэродинамики, это еще и придает дополнительную крепость бумерангу. Особенно если покрыть лаком.
Как же его бросать? Я сделал несколько фотографий.
На фотографии видно, что бумеранг держат вертикально и бросают ровно вперед. При этом придают ему вращательное движение, как будто колесо катится над землей. Моделью служит моя любимая жена Людмила.
На этой фотографии видна одна из ошибок при броске бумеранга. Его слишком наклонили влево. При таком броске он врежется в землю.
Если же его при броске отклонить вправо, то он взлетит в небо и упадет резко «колом» на землю. Это тоже ошибка.
Бумеранг должен в момент броска быть в строго вертикальном положении!
Ну что ж, выходите на открытое место, проследите, чтобы вокруг не было людей и животных, – и покидайте бумеранг. Поверьте мне, а уж я их переделал десятки – это такое удовольствие!
87
Еще о точке росы, или Паровая баня
Мы уже сталкивались с понятием «точка росы», когда пар переходит из газообразного в жидкое состояние. У этого физического явления есть много полезных вариантов применения. Например, в детективных рассказах или в книгах про шпионов часто описывается ситуация, когда надо вскрыть конверт незаметно. Что делают в таком случае?
Берут чайник, нагревают его. Дожидаются, когда из носика начинает бить струя пара. Потом держат письмо над паром так, чтобы он попадал на заклеенную полоску.
