Познакомимся с физической моделью нитяной маятник. Толкнём их рукой, и оба тела начнут совершать колебания – станут маятниками.
Изучить колебания – значит найти описания колебаний и выявить их закономерности. Удобен ли для этого кирпичный маятник? Конечно, нет. Во-первых, потому, что он большой, и при его качаниях будет велика сила сопротивления воздуха. Во-вторых, лента подвешена за два конца, и при качаниях её половины будут натягиваться неодинаково, из-за чего кирпич будет двигаться зигзагами. Тяжёлый шарик на нити более удобен для изучения колебаний.
Нитяным маятником называют тело на невесомой нерастяжимой нити, совершающее колебания. Для этой модели важно, чтобы размеры тела были малы по сравнению с длиной нити. В таком случае говорят: формой и размерами тела можно пренебречь (то есть в данных условиях не принимать их во внимание).
Опыты показывают: если на тело нитяного маятника действуют только сила тяжести и сила упругости, он совершает колебания с постоянным периодом. При этом, если амплитуда колебаний невелика по сравнению с длиной нити (говорят: маятник совершает малые колебания), то период колебаний нитяного маятника можно подсчитать по формуле, которая помещена в рамке.
Вы видите, что период малых колебаний нитяного маятника не зависит от его массы, а определяется лишь длиной нити l и коэффициентом g.Например, при увеличении длины нити в 4 раза, период колебаний маятника возрастёт в 2 раза (что равно √4 раз).
Рассмотрим вторую модель: пружинный маятник – тело на пружине, совершающее колебания. При этом важно, чтобы один конец пружины был закреплён, а её масса была мала по сравнению с массой тела (то есть массой пружины можно было бы пренебречь). Опыты показывают: если на тело пружинного маятника действуют только сила тяжести и сила упругости, он совершает колебания с постоянным периодом. При этом, если амплитуда колебаний невелика по сравнению с длиной пружины (то есть она деформируется упруго), то период колебаний пружинного маятника можно подсчитать по формуле, которая помещена в рамке.Итак, период малых колебаний пружинного маятника не зависит от коэффициента силы тяжести, а определяется лишь массой тела m и коэффициентом k, характеризующим жёсткость пружины. Например, при увеличении массы груза в 9 раз, период колебаний маятника возрастёт в 3 раза (что равно √9 раз).Наряду со свободными колебаниями, когда маятник выведен из положения равновесия и предоставлен самому себе, существуют такжевынужденные колебания и автоколебания. Обратимся к рисунку. Под гирей, висящей на пружине, расположен электромагнит. Если мы будем попеременно включать и выключать ток, то гиря начнёт совершать вынужденные колебания, частота которых зависит от частоты внешнего воздействия. Однако маятник может сам регулировать поступление энергии, совершая автоколебания.Взгляните: средний провод зажат прищепкой и касается гири, пока она вверху. Ток, проходя через пружину, гирю, средний провод и электромагнит, намагничивает его сердечник. Притягиваясь, гиря движется вниз. Вскоре она отсоединяется от среднего провода, ток прекращается, и магнитное поле исчезает. Под действием пружины гиря поднимается вверх и снова замыкает цепь.
Кому из вас не случалось помечтать... Тем более на уроках, тем более, когда слушаешь крайне неинтересную тебе, тему... Как, казалось бы, просто и легко мир обошелся бы без силы трения и архимедовой силы, Пушкина и Гоголя и др... Но не получалось ли у вас так, что подхваченные Мечтой вы попадали в страну «Невыученных Уроков» – с поездами, несущимися навстречу друг другу по одному полотну, и половинчатыми землекопами?
Я решила пойти немного дальше пустых мечтаний. С своих фантазий и размышлений я постаралась понять силу трения и то, за что она отвечает.
Жить в мире, где каждому нашему движению препятствует трение, нелегко, но если трение исчезнет, нам придётся гораздо хуже. В фантастическом мире без трения возможны происшествия более удивительные, чем те, что описаны в сказке К.Чуковского «Мойдодыр». Шевельнётся спящий человек – и одеяло, не удерживаемое трением покоя, сползёт и отправится путешествовать по комнате; заденет сапоги – и сапоги поползут куда придётся. По дороге сапоги встретят много препятствий и, наконец, все сведется к тому, что стол зацепит по дороге стулья и все вещи соберутся где-нибудь в одном месте, ведь пол не бывает идеально горизонтальным.
В мире без трения жизнь человека превращается в упорную погоню за расползающимися и разбегающимися вещами. При отсутствии трения даже самый малейший толчок будет вызывать безостановочное движение по инерции всех предметов.
Но сможет ли человек что-либо сделать? Если встать на пол, то как устоять на нём? Полы, тротуары, станут более скользкими, чем самый гладкий лёд. Ходить по полу будет совершенно невозможно. И передвигаться люди смогут только при каких-то липких или клейких веществ, т.е. им придётся приклеивать себя к полу при каждом шаге, но это будет возможно лишь при условии, что с исчезновением трения и эти вещества не потеряют своей липкости.
Сразу же после исчезновения трения люди с ужасом убедятся, что платье на них расползается. Ведь швы держатся исключительно благодаря трению между нитками и тканью. Все пуговицы оторвутся, все узлы развяжутся, гвозди из ботинок выскочат, и ткани начнут расползаться, потому что волоконца в нитках тоже скреплены трением.
Всё это может произойти при частичном исчезновении трения. Если же прекратят своё действие все виды трения, то земной шар превратится в клубок мельчайшей пыли, окутанный такой же пыльной атмосферой.
Трение мешает людям двигаться и двигать, но без трения мы совсем не могли бы передвигаться и существовать. Трение не только вредно, но и полезно. Трение совершенно необходимо и неизбежно. Оно порождено тем, что мир материален, и каждый предмет двигается только во взаимодействии с другими предметами, а трение является неизбежным следствием этого взаимодействия.
Если бы не было силы трения,
Не остановились бы мы
Ни на мгновение.
Вечно летал бы самолет.
А вдруг он куда пропадет?
На светофоре красный свет
Сейчас загорится. Если бы не было силы трения,
Пора тормозить. А не тормозится!
Не избежали бы мы столкновения.
Сила трения важна!
Сила трения нужна!
Если будет сила трения –
Избежим мы разрушения.
Если б не было силы трения –
Вся Земля тогда бы,
Без сомнения,
Стала бы ледяным катком,
И вместе с ней
Все дома плясали бы весь день.