49. Цыпленок-силач
Рассмотрим простую модель: слегка согнутую доску, на которую посередине положили груз. В одном случае доска выгнута вверх, в другом – вниз. Груз и в том и в другом случае немножко смещается книзу. Однако длина доски, выгнутой вверх, при этом немного уменьшается, то есть вещество доски сжимается, тогда как длина доски, выгнутой вниз, увеличивается, то есть доска растягивается. Твердые материалы обычно лучше переносят сжатие, чем растяжение, поэтому выгнутая вверх доска выдержит больший груз.
Для наружного усилия скорлупа выгнута навстречу усилию, поэтому ее прочность выше, чем при надавливании изнутри – с вогнутой стороны.
Это, конечно, очень приблизительное описание. Более точный и аккуратный анализ требует серьезных математических расчетов.
50. Как остановить реку
Плотина – очень тяжелое сооружение. Утолщение внизу увеличивает площадь опоры и снижает давление на почву.
Плотина сдерживает давление весьма большой массы воды. В задаче 49 мы уже разобрались, почему выпуклая поверхность лучше выдерживает нагрузку, чем вогнутая: в первом случае материал сжимается, а во втором – растягивается.
9. Динамика вращательного движения. Момент силы
51. Маленький помощник
Практически очевидная часть ответа – с помощью этого дополнительного винта вертолет совершает повороты: винт поворачивает хвост в одну или в другую сторону. Но это еще не весь ответ: присмотревшись, мы заметим, что хвостовой винт работает даже тогда, когда вертолет летит по прямой.
Дело в том, что двигатель, вращая основной винт в одну сторону, неизбежно вращает корпус вертолета в другую сторону. Это простое следствие известного нам закона о равенстве действия и противодействия (третьего закона Ньютона), справедливое для вращательного движения. Хвостовой винт создает противоположное вращательное усилие, удерживая корпус вертолета в одном положении.
Впрочем, есть вертолеты без заднего винта. Как они справляются с «закручиванием» корпуса?
52. К взлету готов
Для анализа позволим себе взять очень простую модель автомобиля, в которой, как в заводном игрушечном автомобильчике, двигатель, неподвижно соединенный с корпусом, непосредственно вращает ось, на которой закреплены колеса. (Реальный автомобиль устроен, конечно, гораздо сложнее, но эта сложность не повлияет существенно на наши выводы.)
Посмотрим на автомобиль сбоку (рис. 62). Чтобы автомобиль начал движение вперед, двигатель должен вращать колеса против часовой стрелки. Сила трения не дает колесам поворачиваться. Из задачи 51 мы знаем, что вращательные усилия, как и силы по третьему закону Ньютона, возникают парами. Пытаясь повернуть ось с колесами, двигатель поворачивает себя и корпус автомобиля вокруг той же оси в противоположном направлении, то есть по часовой стрелке.