Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 31

Рис. 41

Можно проанализировать и силы, действующие на стену, но этот анализ нам не понадобится.

Теперь перейдем к ситуации с двумя тракторами. Для каждого из них можно дословно повторить рассуждения выше. Канат тоже находится в таком же положении: на него действуют две одинаковые по величине и противоположно направленные силы, только теперь источником каждой из них служит усилие, развиваемое трактором (рис. 42). И снова эти силы будут нарастать, пока не превысят предел прочности каната.

Рис. 42

Получается, что для каната нет практически никакой разницы между этими двумя ситуациями! Другими словами, один трактор при наличии прочной стены способен разорвать канат с тем же успехом, что и два трактора вместе.

(Если вы были внимательны, а также если вы уже решали задачу 25, то, вероятно, заметили неточность в рассуждении о силах, действующих на канат: среди них должна быть еще сила тяжести, которую мы не учли… Попробуйте самостоятельно провести более точный анализ, учитывающий эту силу.)

20. Между молотом и диваном

Орех раскалывается тогда, когда деформация скорлупы превышает некоторое предельное значение. Деформацию создает внешняя сила, так что нам нужно подробно разобраться, как ведет себя орех под воздействием внешней силы, и в том числе понять, как его поведение будет зависеть от характера этой силы.

Начнем с самой простой ситуации: орех лежит на гладком столе, а мы надавливаем на него пальцем сбоку. Со стороны пальца на орех действует сила – и скорлупа ореха слегка, совсем чуть-чуть прогибается. Эта деформация в соответствии с законом Гука создает силу упругости, запуская действие третьего закона Ньютона, – и на наш палец действует ответная сила со стороны ореховой скорлупы. Кроме того, деформация передает воздействие на другие части ореха, распространяя наше усилие дальше.

Будем считать стол настолько гладким, что силой трения можно пренебречь. Тогда в горизонтальном направлении на орех в целом будет действовать только одна сила – сила со стороны нашего пальца. По второму закону Ньютона под действием этой силы орех начнет двигаться, отодвигаясь от пальца, то есть уменьшая деформацию и «не давая» себя расколоть.

Теперь вместо надавливания пальцем попробуем ударить по ореху молотком (по-прежнему сбоку). В отличие от пальца боек молотка движется быстро и при этом достаточно массивен. Сила противодействия, конечно, будет его замедлять, однако замедление произойдет не сразу. Деформация скорлупы будет стараться выправиться, толкая орех от молотка, но молоток будет настигать орех и усиливать деформацию. Если бы на месте ореха была фарфоровая чашка, для нее это было бы фатально: масса у нее намного больше, чем у ореха, поэтому она будет медленнее набирать скорость, чтобы «убежать» от молотка, а максимальная деформация гораздо меньше. А вот орех прочный и легкий. Из-за легкости он быстро наберет высокую скорость и отлетит от молотка, а прочность позволит выдержать ту деформацию, которая его разогнала, оставшись целым. Теоретически таким ударом можно разбить орех – но удар должен быть