З. Эми объясняет физический опыт с рядом упругих шаров, демонстрирующий передачу энергии при столкновении. Когда один шар ударяет по ряду, энергия проходит через все шары и выводит из равновесия противоположный крайний. Если отпустить сразу два или три шара, на другом конце отскакивает столько же шаров — каждый удар передаётся отдельно. Автор показывает, что эффект связан не с массой, а с последовательностью толчков, благодаря чему система «понимает», сколько шаров участвовало в падении.
В элементарной физике описывается такой опыт.
Подвешивают рядом, вплотную несколько одинаковых упругих шаров, например из кости или стали. Один из крайних шаров отводят в сторону на некоторый угол и отпускают его. Упав обратно, он ударяет ближайший к нему шар. При этом весь ряд шаров остаётся на месте, кроме противоположного крайнего, который отскакивает на такой же угол.
Ничего удивительного в этом явлении нет. Удар деформирует поверхности шаров в точках их соприкосновения, но благодаря упругости материала шаров деформированные места тотчас же принимают первоначальный вид, возвращая всю энергию, затраченную на их деформацию. При этом упавший шар должен остаться на месте, так как возвращённая ему энергия действует в направлении, противоположном падению. Но энергия падения не исчезла: она передаётся промежуточным шарам и, пробежав весь их ряд, переходит к крайнему левому шару. Что же получается?
У крайнего шара деформируется только одна сторона — правая, вследствие чего равновесия сил, которое заставило бы и крайний шар оставаться неподвижным, нет. И он должен, по закону сохранения энергии, вернуть всю перешедшую к нему энергию. Это и происходит. Шар подымается на угол, равный углу падения шара на противоположном конце ряда.
Но вот вопрос: что произойдёт, если одновременно отвести в сторону и сразу отпустить не один, а скажем, два или три шара?
Можно ожидать, что поскольку удар двух и трех шаров будет вдвое и втрое сильнее, поднимется не только противоположный крайний шар, но и весь ряд шаров сдвинется в сторону. На самом же деле этого не произойдёт. При ударе двух шаров на другом конце ряда сразу отскочат также два шара, при ударе трех — три и т. д.
Одновременно падение двух или трех соприкасающихся шаров как будто равносильно падению одного шара двойной или тройной массы. А в этом случае, помимо подъёма крайнего шара, должен был бы двинуться весь ряд шаров. Откуда же шары на другом конце ряда «знают», что упал не один шар двойной или тройной массы, а именно два или три шара одинаковой массы? Что за «умные» шары?
Секрет вот в чем.
Оба шара справа падают с равной скоростью. Поэтому шар А не давит на шар В, хотя оба они и соприкасаются. Когда они достигают остальных шаров, то в первую очередь шар В ударяет шар С. Вследствие этого на другом конце ряда отскакивает шар Р.
Но лишь только шар В, натолкнувшись на С, останавливается, на него немедленно обрушивается своей массой шар А. Это создаёт второй толчок, который заставляет отскочить второй шар, ставший крайним на левом конце ряда, — шар О. При трех шарах было бы три толчка, каждый из которых заставил бы отскочить очередной крайний шар, и т. д. Падение же одного шара двойной или тройной массы создаёт только один удар.
З. ЭМИ
Комментариев нет:
Отправить комментарий