Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 46

Рис. 62

Если двигатель установлен на передней оси, поворот корпуса прижмет задние колеса к асфальту (и амортизаторы начнут сопротивляться этому вращению). Если двигатель установлен на задней оси, передняя часть корпуса приподнимется – и против ее вращения начнет работать сила тяжести. В обоих случаях все будет выглядеть так, будто автомобиль «присел» на задние колеса.

Попробуйте самостоятельно объяснить, почему при торможении автомобиль, наоборот, «клюет носом».

53. Импровизированный орехокол

Орех зажат между подвижным торцом двери и неподвижным косяком. В задаче 20 мы подробно проанализировали, что происходит с орехом в таком случае. Кратко повторим выводы: надавливание на орех с одной стороны деформирует скорлупу. При деформации, в соответствии с законом Гука, возникают силы упругости, которые давят, с одной стороны, на торец двери (по третьему закону Ньютона), а с другой – на недеформированные части ореха, заставляя орех в целом смещаться и давить на косяк двери. Между косяком и орехом тоже возникает пара сил упругости (давление ореха на косяк и ответное, по третьему закону Ньютона, давление косяка на дверь) и деформация. В итоге на орех с двух сторон давят встречные силы, которые в итоге его и раскалывают.

Однако раздавить лежащий на столе орех пальцем, ладонью или даже разделочной доской очень трудно, а с помощью двери – легко. За счет чего? На помощь нам на самом деле приходит принцип рычага: большую силу с малым плечом уравновешивает малая сила с большим плечом. Только здесь рычаг имеет не привычную нам по другим задачам прямую форму, а более причудливую (рис. 63).

Рис. 63

Для анализа таких систем хорошо подходят методы и приемы динамики вращательного движения. Дверь вращается вокруг оси дверных петель под воздействием двух моментов сил: усилия, которое создаем мы, и силы упругости, действующей со стороны ореха. Плечо нашей силы большое: оно равно расстоянию от оси петель до ручки двери. Поэтому даже при маленьком усилии возникает достаточно большой момент силы. Плечо силы упругости маленькое – оно меньше толщины двери. Чтобы уравновесить момент силы, созданный нами, при маленьком плече нужна большая сила упругости. А большая сила упругости требует значительной деформации. Деформация легко может превысить предельное значение, за которым следует разрушение скорлупы.

Важно помнить, что такой способ раскалывания ореха создает большую нагрузку на древесину двери и косяка, а также на дверные петли, прежде всего на их крепеж. (Кстати, почему? Можете ли вы объяснить, каким образом возникает эта нагрузка?) Другими словами, если вам попадется «упрямый» орех, вы можете помять торец двери или косяк, погнуть петли или оторвать их. Домочадцы вряд ли обрадуются, так что пусть этот прием останется теоретическим.