Качественные задачи по физике в средней школе и не только… (Тульчинский) - страница 76

Вот почему есть предельная крутизна склона, которую может преодолеть автомобиль.

Впрочем, энергетические соображения подсказывают нам один способ обойти это ограничение: можно разогнать автомобиль перед подъемом, чтобы запасти кинетическую энергию. Это позволит нам не расходовать мощность двигателя на увеличение потенциальной энергии – она прирастет за счет потери кинетической. Поэтому водители стараются перед подъемом разогнать автомобиль.

121. Квадратные колеса

Вопрос выглядит «детским», и первый напрашивающийся ответ: «Потому что круглое колесо катится, а квадратное нет». Попробуем представить себе автомобиль с квадратными колесами. Что произойдет, когда двигатель попробует прокрутить такое «колесо»? Квадрат встанет на одну из вершин, а потом опустится на следующую сторону (рис. 83).

Рис. 83

Значит, квадратное «колесо» в принципе может «крутиться» и позволяет продвигаться вперед. Тогда чем оно нас не устраивает?

Попытавшись представить себя пассажирами такого автомобиля, мы быстро догадаемся, что нас будет нещадно трясти. Но что представляет собой эта тряска с физической точки зрения? Когда квадратное «колесо» поворачивается на одну восьмую часть оборота и опирается на вершину квадрата, ось приподнимается (расстояние от оси до поверхности земли теперь равно не половине стороны квадрата, а половине его диагонали, которая длиннее стороны), а вместе с осью приподнимается и сам автомобиль (рис. 84).

Рис. 84

Следующая одна восьмая оборота опустит автомобиль на прежнюю высоту. Быстро чередующиеся подъемы и спуски и создают тряску.

Но, может быть, если возить что-то неживое и не боящееся вибрации, то квадратные «колеса» вполне подошли бы? В автомобиле на обычных колесах двигатель совершает работу (то есть расходует энергию) на то, чтобы продвигать автомобиль вперед. На квадратных «колесах» понадобится четырежды за один оборот колеса совершать дополнительную работу для того, чтобы поднять автомобиль: ведь если автомобиль поднялся, его потенциальная энергия выросла. Опускаясь, автомобиль расходует накопленную энергию на удары и вибрацию, то есть она тратится без пользы. Получается, что квадратные «колеса» еще и неэффективны по сравнению с круглыми… при движении по ровной поверхности.

А сможете ли вы нарисовать поверхность, при движении по которой квадратные «колеса» не будут вызывать тряску?

122. Чем чреваты перегибы

Перегибая проволоку, мы прикладываем усилие и, очевидно, совершаем работу. При этом механическая энергия проволоки не вырастает – значит, наша работа идет на увеличение внутренней энергии, то есть в описанной ситуации – на нагрев.