Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 69

110. Топорная работа

Сначала разберемся, что происходит во время колки дров, а именно – почему раскалывается чурбак и из-за чего топор может в нем застрять.

Если посмотреть на топор с торца, видно, что по форме он похож на клин. Продвигаясь сверху вниз, этот клин раздвигает половинки чурбака, вынуждая его расколоться. Половинки при этом слегка (незаметно для глаза) изгибаются – и возникают силы упругости, стремящиеся вернуть их в исходное положение, то есть свести вместе. Половинки чурбака прижимаются к топору – между деревом и щекой топора возникает трение, которое и зажимает топор, когда он останавливается. Сила трения действует на топор в чурбаке все время, но ее направление разное: когда топор входит в чурбак, сила трения тормозит топор, а когда топор остановился – мешает его извлечь (рис. 80).

Рис. 80

Разумеется, на половинки полена по третьему закону Ньютона тоже действуют силы трения, равные по величине и противоположные по направлению.

Когда мы ударяем по колоде чурбаком, чурбак резко останавливается, а топор продолжает свое движение по инерции с той скоростью, которую он набрал, падая с высоты своего подъема. Он обладает импульсом, который должен быть погашен силами трения.

Когда мы ударяем по колоде обухом топора, резко останавливается топор, а чурбак продолжает движение по инерции с той скоростью, которую он набрал, падая с высоты своего подъема. Теперь силы трения должны погасить инерцию чурбака (рис. 81).

Рис. 81

Силы трения в обоих случаях действуют одинаковые. Значит, большего эффекта (большего продвижения топора в чурбаке) мы достигнем в том случае, в котором импульс останавливаемого тела больше.

Импульс зависит от скорости и массы тела. Скорость топора и чурбака одинакова (кстати, почему?), так что результат сравнения импульсов будет зависеть от соотношения масс. Если чурбак легкий (легче топора или примерно такой же), выгоднее бить «прямо», если чурбак тяжелый, лучше воспользоваться инерцией чурбака и бить «наоборот».

Возможно, анализ физических ситуаций уже научил вас тому, что ничто в природе не возникает «даром». В какой момент мы платим цену за более высокую эффективность «обратного» удара – где нам приходится дополнительно потрудиться?

111. Молотком по ладони

Удар по ладони оказывается болезненным тогда, когда к поверхности ладони приложено большое давление, – так действуют наши рецепторы.

Движущийся молоток обладает определенным импульсом, который он при ударе разделяет с рукой. Передача импульса происходит через взаимодействие – то есть действие ладони и молотка друг на друга с равными по величине и противоположно направленными силами. Сила, приложенная к ладони со стороны молотка, распределена по небольшому участку – размером примерно с пятирублевую монету. Разделив силу на маленькую площадь, получим большое давление.