Они преодолевают ее, направляя лодку к точке, расположенной выше по течению.
Требуется ли больше времени, чтобы пересечь поток, когда течение сильное?
Да, потому что течение сносит лодку дальше вниз по потоку, и поэтому ей приходится преодолевать большее расстояние при переправе.
Почему человек склонен упасть, когда спрыгивает с движущейся повозки?
Потому что его тело обладает инерцией движения повозки и продолжает двигаться после того, как его ноги останавливаются о землю, из-за чего он падает вперед.
Как он может предотвратить падение?
Он может предотвратить падение, спрыгнув в том же направлении, в котором движется повозка.
Если уронить камень с вершины мачты судна, куда он упадет?
Камень упадет у основания мачты.
Почему камень падает у основания мачты?
Потому что он обладает инерцией движения судна и продолжает двигаться вперед во время падения.
Если человек на лодке подбросит мяч вертикально вверх, куда упадет мяч?
Мяч упадет обратно в руку человека, хотя лодка могла пронести его на несколько футов, пока мяч находился в воздухе.
Почему мяч падает обратно в руку?
Потому что он обладает инерцией движения лодки и перемещается на такое же расстояние, что и лодка.
Если бросить камень из вагона, целясь в столб, куда он попадет?
Камень попадет в точку впереди столба.
Насколько далеко впереди столба попадет камень?
Он попадет на такое же расстояние впереди, на какое переместится вагон, пока камень летит к столбу.
Куда нужно целиться, чтобы попасть в летящую птицу?
Нужно целиться впереди птицы.
Почему нужно целиться впереди птицы?
Потому что птица пролетит некоторое расстояние по воздуху, пока снаряд будет до нее долетать.
Когда движущееся тело ударяется о неподвижное, ощущается ли сила одинаково обоими телами?
Сила ощущается обоими телами одинаково; так, когда одна голова ударяется о другую, обе получают одинаковый урон.
Ударяются ли тела с большей силой при быстром движении, чем при медленном?
Да; сила, с которой они ударяются, зависит от их скорости.
Какие примеры этой силы можно привести?
Гвоздь можно забить в доску молотком, если он быстро падает на гвоздь; пуля может пробить доску насквозь; и даже сальная свеча, выстреленная из ружья, может обладать достаточной скоростью, чтобы пробить сосновую доску.
Почему крупные тела начинают движение медленно?
Потому что требуется некоторое время, чтобы сила достигла всех их частей.
Почему лошадям трудно сдвинуть с места груженую повозку?
Потому что им приходится тянуть некоторое время, прежде чем сила дойдет до всех частей повозки, заставляя ее двигаться.
Почему механизмы медленно начинают работу?
Потому что требуется время, чтобы приложенная сила достигла всех частей механизма.
Что происходит, когда два твердых тела, движущихся медленно, сталкиваются друг с другом?
Они отталкиваются друг от друга в противоположных направлениях.
Какое тело отталкивается быстрее?
То, которое имеет меньший вес, отталкивается быстрее.
Что происходит, когда весла лодки отталкиваются от воды?
Лодка и вода движутся в противоположных направлениях.
Что происходит, когда крылья птицы ударяют по воздуху?
Птица и воздух движутся в противоположных направлениях.
Как утка или гусь могут плавать в воде?
Пальцы утки или гуся соединены перепонкой, которая делает лапу широкой, как весло; и когда эти широкие лапы отталкиваются от воды, утка или гусь движутся вперед.
Все ли птицы могут плавать в воде?
Нет; плавать могут только те птицы, чьи пальцы соединены перепонкой, что дает им широкую лапу для отталкивания от воды.
Что возникает при трении тел друг о друга?
При трении тел друг о друга возникает трение.
К чему стремится трение?
Трение стремится замедлить движение тел.
Как мы уменьшаем трение в механизмах?
Мы уменьшаем трение в механизмах, смазывая маслом те части, которые трутся друг о друга.
Как образуются волны на воде?
Волны образуются из-за трения воздуха о воду.
Что заставляет воду течь в ручьях и реках?
Сила притяжения, которая заставляет воду всегда стремиться к самому низкому уровню.
Что замедляет течение воды в потоках?
Трение, возникающее при соприкосновении воды с берегами и дном потоков, замедляет их течение.
В какой части потока течение самое сильное?
Оно самое сильное посередине потока, потому что там меньше трения.
Что замедляет поток воды в трубе?
Трение воды о стенки трубы значительно замедляет ее поток.
Почему резкие повороты в трубе замедляют поток воды в ней?
Потому что каждый поворот в трубе увеличивает трение, создаваемое водой.
Почему колесо повозки вращается, когда повозка движется?
Потому что трение между колесом и землей не дает колесу скользить.
Почему паровоз может тянуть состав тяжелых вагонов?
Потому что трение между колесами и рельсами заставляет колеса вращаться, а не скользить; и таким образом локомотив движется вперед, увлекая за собой вагоны.
Почему иногда на рельсы сыплют песок?
Песок сыплют на рельсы, чтобы увеличить трение между колесами и рельсами, чтобы локомотив мог сдвинуть более тяжелый состав.
Почему мы используем сани, когда на земле лежит снег?
Потому что сани легко скользят по снегу.
Почему сани легко скользят по снегу?
Потому что между санями и снегом очень мало трения.
Почему повозки едут тяжелее, когда земля мягкая?
Потому что их колеса тогда глубже погружаются в землю, и таким образом трение увеличивается.
Почему повозки едут тяжелее, когда земля покрыта снегом?
Потому что их колеса погружаются в снег, и таким образом трение увеличивается.
Почему человек поскользнется на льду легче, чем на земле?
Потому что между его ногами и льдом меньше трения, чем между его ногами и землей.
Почему мы посыпаем пешеходные дорожки золой, когда они покрыты льдом?
Мы посыпаем дорожки золой, чтобы увеличить трение между льдом и нашими ногами, чтобы мы не поскользнулись при ходьбе по ним.
Для чего на повозке используется замок или тормоз?
Он используется для замедления движения повозки.
Как замок замедляет движение повозки?
Замок прижимается к колесам, так что создается достаточное трение для замедления движения повозки.
Почему требуется больше силы, чтобы тянуть ржавый плуг по земле, чем тот, который блестит и гладкий?
Потому что ржавчина увеличивает трение между плугом и землей, и это делает необходимым приложение большей силы для его перемещения.
Почему мы не можем удержать живого угря в руке так же легко, как живую рыбу?
Потому что кожа угря настолько гладкая, что между ней и нашей рукой гораздо меньше трения, чем между рыбой и нашей рукой. Сухой песок или сухая зола, посыпанные на угря, увеличат трение, так что его можно будет удержать.
ГЛАВА X. Механические силы.
Рычаг.
Что такое рычаг?
Рычаг — это стержень или брусок какого-либо вида, используемый для поднятия тяжестей.
Из чего делают рычаги?
Рычаги делают из любого твердого вещества, такого как дерево или железо.
Когда ложка сбалансирована на чашке, как на рис. 40, как можно назвать ложку?
Ложку в этом случае можно назвать рычагом.
На чем покоится ложка?
Она покоится на краю чашки.
Рис. 40.
Как называется чашка, на которой покоится ложка?
Она называется точкой опоры.
Что такое точка опоры?
Точка опоры — это любое твердое тело, на которое опирается рычаг.
Когда ложку называют рычагом, как называются части по обе стороны от точки опоры?
Они называются плечами рычага.
Что необходимо для того, чтобы рычаг находился в равновесии?
Плечи рычага должны быть равны по весу, иначе они не будут в равновесии.
Если чашечку ложки наполнить водой, что произойдет?
Чашечка опустится, а ручка ложки поднимется.
Что заставит чашечку ложки опуститься?
Вес воды в ней заставит ее опуститься.
Как можно предотвратить опускание чашечки ложки?
Приложив к ручке ложки силу, равную весу воды, налитой в чашечку.
Как называется сила, приложенная к ручке?
Она называется силой (движущей силой).
Какие три вещи всегда необходимы при использовании рычага?
Сила, точка опоры и груз — вот что всегда необходимо при использовании рычага.
Какие из этих трех вещей являются подвижными?
Сила и груз являются подвижными.
Какая из них не движется?
Точка опоры не движется.
Сколько существует видов рычагов?
Существует три вида рычагов.
Что представляет собой рычаг первого рода?
Это когда точка опоры находится между силой и грузом, как показано на рис. 41.
Рис. 41.
Когда точка опоры находится под серединой рычага, как можно сохранить равновесие рычага?
Рычаг будет оставаться в равновесии до тех пор, пока приложенная сила и груз равны друг другу.
Когда рычаг перемещают так, что точка опоры оказывается ближе к грузу, какое плечо рычага тяжелее?
Плечо со стороны силы, потому что оно длиннее.
Будет ли сила, приложенная к длинному плечу рычага, такой же тяжелой, как груз?
Нет; чем ближе точка опоры к грузу, тем меньше будет сила, необходимая для уравновешивания этого груза.
Как будет обстоять дело, когда точка опоры ближе к силе, чем к грузу?
Тогда сила должна быть тяжелее груза.
Когда длинное плечо рычага в два раза длиннее короткого плеча, какова будет разница в весах?
Один фунт, приложенный к длинному плечу, уравновесит два фунта, приложенных к короткому плечу.
От чего зависит сила рычага?
Она зависит от того, насколько ближе точка опоры расположена к одному концу рычага, чем к другому.
Какова польза рычага?
Он очень полезен при поднятии тяжелых тел.
Рис. 42.
Что является грузом, который нужно поднять на рис. 42?
Камень — это груз, который нужно поднять.
Где расположена точка опоры?
Точка опоры расположена рядом с камнем.
Где приложена сила?
Сила прикладывается рукой к длинному плечу рычага.
Как можно сделать качели-балансир?
Качели-балансир можно сделать, положив доску или брусок поперек перекладины забора так, чтобы они находились в равновесии.
Являются ли качели-балансир, показанные на рис. 43, примером рычага?
Да, качели-балансир — это пример рычага.
Рис. 43.
Как называются части доски по обе стороны от перекладины забора?
Они называются плечами рычага.
Что является точкой опоры в качелях-балансире?
Перекладина забора, на которой они покоятся, является точкой опоры.
Что является силой в качелях-балансире?
Сила — это мальчик на одном конце рычага.
Что является грузом в качелях-балансире?
Груз — это мальчик на другом конце рычага.
Как дети играют на качелях-балансире?
Отталкиваясь ногами от земли, они заставляют плечи рычага попеременно подниматься и опускаться в воздухе, тем самым создавая качели.
Где должна находиться точка опоры, когда два мальчика имеют одинаковый вес?
Точка опоры должна находиться под серединой рычага.
Где должна находиться точка опоры, когда один мальчик тяжелее другого?
Точка опоры должна тогда находиться ближе к более тяжелому мальчику, чтобы они могли уравновеситься.
Требуется ли много силы, чтобы играть на качелях-балансире?
Нет; когда качели сбалансированы, очень небольшое усилие заставит их двигаться вверх и вниз.
Какова польза весов?
Весы очень полезны при взвешивании различных веществ.
Рис. 44.
Являются ли весы, показанные на рис. 44, примером рычага?
Весы — это пример рычага.
Где находится точка опоры весов?
Точка опоры — это точка, на которой покоится рычаг.
Что является грузом?
Груз — это свинец, положенный на одну чашу весов.
Что является силой?
Сила — это вещество, положенное на другую чашу весов, чтобы уравновесить груз.
Когда свинец, положенный на одну чашу весов, весит ровно фунт, сколько сахара нужно положить на другую чашу, чтобы уравновесить свинец?
Ровно один фунт сахара нужно положить, чтобы уравновесить свинец.
Для чего в основном используются весы?
Весы в основном используются для взвешивания тяжелых тел.
Являются ли весы рычагом?
Да, весы — это рычаг.
Что является точкой опоры в весах?
Точка опоры — это крючок, который удерживает весы.
Рис. 45.
Что является грузом?
Груз — это большое тело, висящее на коротком плече рычага.
Что является силой?
Сила — это меньшее тело, висящее на длинном плече рычага.
На рис. 45 расстояние от точки опоры до силы в десять раз больше расстояния от точки опоры до груза; теперь, если маленькое тело весит один фунт, сколько должно весить большое тело, чтобы уравновесить его?
Большое тело должно весить десять фунтов.
Когда маленькое тело весит десять фунтов, сколько должно весить большое тело, чтобы уравновесить его?
Большое тело должно весить в десять раз больше, или сто фунтов.
Если меньшее тело переместить на полпути к точке опоры, какой вес тогда уравновесит его?
Тогда потребуется только половина веса, или пятьдесят фунтов, чтобы уравновесить его.
Какой еще знакомый пример рычага такого типа можно упомянуть?
Ручка насоса — это рычаг такого типа.
Рис. 46.
Что является силой?
Сила — это усилие, приложенное к ручке насоса.
Что является точкой опоры?
Точка опоры — это винт, который крепит ручку к насосу.
Что является грузом?
Груз — это вода, поднимаемая ведром.
Являются ли ножницы примером рычага?
Да, ножницы — это двойной рычаг.
Что является точкой опоры в ножницах?
Точка опоры — это заклепка, которая удерживает два рычага вместе.
Что является силой?
Сила — это усилие, приложенное пальцами.
Что является грузом?
Груз — это бумага или другое вещество, которое нужно разрезать ножницами.
Можно ли сделать ножницы очень прочными?
Да, некоторые ножницы делают настолько прочными, что их используют для резки железа, олова и цинка.
Какие еще полезные инструменты сделаны по тому же принципу, что и ножницы?
Такие инструменты, как кусачки, плоскогубцы, пинцеты и кузнечные клещи.
Что представляет собой рычаг второго рода?
Это когда груз находится между силой и точкой опоры, как показано на рис. 47.
Рис. 47.
Какова польза рычага этого типа?
Он очень полезен при поднятии тяжелых грузов на небольшое расстояние от земли.
Какой пример рычага этого типа существует?
Дверь на петлях — это рычаг такого типа.
Что является точкой опоры?
Петли — это точка опоры.
Что является грузом?
Дверь — это груз.
Что является силой?
Сила, которая открывает или закрывает дверь, является силой.
Какие еще примеры рычага этого типа у нас есть?
У нас есть пример в крышке чайника и в крышке чернильницы, когда они закреплены на петлях.
Что представляет собой рычаг третьего рода?
Это когда сила находится между точкой опоры и грузом, как показано на рис. 48.
Рис. 48.
Какие примеры рычага этого типа у нас в обычном использовании?
Лопата, заступ и вилы — это рычаги такого типа.
Что является точкой опоры?
Одна рука — это точка опоры.
Что является силой?
Другая рука — это сила.
Что является грузом?
Земля, поднятая на лопате, — это груз.
Какой еще знакомый пример рычага этого типа у нас есть?
Удочка — это пример такого типа. Одна рука — это точка опоры, другая рука — это сила, а леска с рыбой — это груз. Это наглядно показано на рис. 49, изображающем мальчика, который как раз вытаскивает рыбу из воды.
Рис. 49.
Есть несколько других примеров рычага этого типа; назовете ли вы некоторые из них?
Да; метлы, мотыги, грабли и топоры — все это рычаги такого типа.
Какой первый вид рычага был упомянут?
Это когда точка опоры находится между силой и грузом, как на рис. 50.
Рис. 50.
Какой второй вид рычага был упомянут?
Это когда груз находится между силой и точкой опоры, как на рис. 51.
Рис. 51.
Какой третий вид рычага был упомянут?
Это когда сила находится между точкой опоры и грузом, как на рис. 52.
Рис. 52.
Колесо и ось.
Какие еще способы подъема грузов нам известны?
Мы можем использовать колесо и ось, как показано на рис. 53.
Рис. 53.
Что такое колесо и ось?
Колесо и ось — это лишь еще одна разновидность рычага.
Где прикладывается сила?
Сила прикладывается к веревке, которая проходит вокруг колеса.
Где находится груз?
Грузом является ведро, прикрепленное к веревке, которая проходит вокруг оси.
Где находится точка опоры?
Точкой опоры служит рама, на которую опираются концы оси.
Равна ли сила, приложенная к колесу, весу поднимаемого груза?
Нет; сила всегда меньше веса поднимаемого груза.
От чего зависят сила и вес?
Они зависят от размеров колеса и оси.
Если диаметр колеса в десять раз больше диаметра оси, какой груз можно поднять с помощью одной фунтовой силы?
Одна фунтовая сила, приложенная к колесу, поднимет десять фунтов на оси.
Что такое ворот?
Ворот — это еще одна разновидность колеса и оси, как показано на рис. 54.
Рис. 54.
Что используется в вороте вместо колеса?
Вместо колеса используется рукоятка или рычаг.
Заменяет ли рукоятка колесо?
Да; при вращении рукоятка описывает круг, подобный ободу колеса.
Для чего часто применяется ворот?
Ворот часто используется для подъема воды из колодцев.
Блок.
Что такое блок?
Блок — это колесо с желобом или выемкой по краю.
Для чего нужен желоб?
Желоб сделан для того, чтобы веревка могла двигаться по колесу, не соскальзывая.
Рис. 55.
Где на рис. 55 прикладывается сила?
Сила прикладывается рукой к одному концу веревки.
Где находится груз?
Груз прикреплен к другому концу веревки.
Что происходит, когда сила и вес равны?
Они уравновешивают друг друга, и ни один из них не сдвинется с места.
Что происходит, когда сила больше веса?
Тогда груз поднимается вверх.
Для чего используется одиночный блок?
Одиночный блок используется для поднятия флагов на вершины высоких мачт, для подъема парусов на верхушки мачт судов и для подъема грузов на верхние этажи мельниц и фабрик.
Сколько блоков требуется, если груз поднимает лошадь?
Если груз поднимает лошадь, требуются два блока, как видно на рис. 56.
Рис. 56.
Как фермеры используют блок?
Они устанавливают блоки так, чтобы поднимать сено в амбары с помощью лошади, тем самым избавляя себя от тяжелого труда.
Наклонная плоскость.
Если один конец доски приподнят, а другой лежит на полу, является ли ее поверхность горизонтальной?
Нет; ее поверхность не является горизонтальной.
Как можно назвать поверхность такой доски?
Ее можно назвать наклонной поверхностью, или наклонной плоскостью.
Что такое наклонная плоскость?
Наклонная плоскость — это поверхность, расположенная под углом вверх или вниз.
Для чего полезна наклонная плоскость?
Она значительно облегчает подъем грузов.
Все ли плоскости наклонены одинаково?
Нет; некоторые плоскости гораздо круче других.
Рис. 57.
Где на рис. 57 приложена сила?
Сила приложена в точке P.
Где находится груз?
Груз находится в точке W.
От чего зависят сила и вес?
Они зависят от высоты и длины наклонной плоскости.
Если наклонная плоскость имеет длину десять футов и высоту всего один фут, какой груз в точке W уравновесит один фунт в точке P?
Один фунт в точке P уравновесит десять фунтов в точке W.
Если наклонная плоскость длиной десять футов имеет высоту два фута, какой груз в точке W уравновесит один фунт в точке P?
Один фунт в точке P уравновесит только пять фунтов в точке W, поскольку плоскость в пять раз длиннее своей высоты.