Силы и движение в воде

Возьмем пустую металлическую или пластмассовую миску с круглым дном и опустим ее плавать в ванне. Раскрутим миску. Сколько времени она будет вращаться сама по себе ? Довольно долго, не правда ли? На твердом столе она, конечно, остановилась бы гораздо раньше.

Теперь поместим плавающую миску у края ванны и слегка толкнем ее. Удивительно, но миска пересекает ванну, почти не меняя заданной ей скорости. Этого бы не произошло, если бы мы то же самое проделали на полу. Там такой легкий толчок заставил бы миску только слегка вздрогнуть.

 

Почему же по воде миске двигаться гораздо легче, чем по твердой поверхности?

Трение!

Предположим, что миска стоит на твердом столе. Сила тяжести прижимает ее к поверхности стола. Невидимые неровности на дне миски и на поверхности стола сцепляются и мешают миске двигаться. Чтобы заставить миску двигаться по столу, нужно толкнуть ее с достаточной силой, способной разорвать эти связи. Между телом и твердой поверхностью, еще до начала движения, возникают силы трения.

Из сказанного, наверное, ясно, что один из путей уменьшить трение заключается в том, чтобы сделать поверхность гладкой. А что может быть более гладким, чем жидкость, легко обтекающая твердые предметы При движении твердого тела в жидкости нет сцепляющихся твердых частей. Жидкость, в которой плавает миска или другой твердый предмет, после любого толчка просто обтекает предмет и дает ему возможность двигаться. Такое действие жидкости известно под названием смазывающего, а жидкость, используемая для уменьшения трения, называется смазкой.

Малое трение из-за смазывающего действия воды — вот причина того, что многие несчастные случаи дома происходят именно в ванной комнате. Чтобы понять это, сначала подумаем над одной из причин, по которой мы носим обувь Когда мы идем, ноги отталкиваются от пола, а это возможно только вследствие трения. Обувь способна обеспечить лучшее сцепление подошв с полом, большее трение.

См. также:  Свет и волны в воде

В ванне трение резко уменьшается. Кожа ступней довольно гладкая, гладкая и поверхность ванны, кроме того сказывается смазывающий эффект воды между ними. В результате полезное действие трения, так необходимое для ходьбы, оказывается намного меньшим. И от самого обычного движения здесь можно поскользнуться и упасть. Многие ванны на дне имеют специальную грубую насечку для увеличения трения. Со временем, должно быть, ванны будут изготавливать из специальных материалов, создающих большое трение, и люди перестанут падать в них.

Катание на коньках — еще один интересный пример смазывающего действия воды. Когда тонкое лезвие конька давит на поверхность льда, то часть льда подтаивает. Таким образом, лезвие смазывается жидкостью и легко скользит по глади катка, подобно тому, как скользила миска по поверхности воды в ванне. Если внимательно приглядеться к следу, тянущемуся за конькобежцем, можно увидеть, что вода быстро замерзает, а на льду остается заметный след.

В технике в качестве смазывающего материала чаще всего используют масла. Маслом смазывают металлические детали машин, чтобы они не терлись сильно друг о друга. Когда металлическая деталь смазана, трение на — много меньше, чем при контакте металл — металл, и части машины легко скользят друг по другу.

Некоторые водители автомобилей не вполне понимают важность смазки при работе двигателя. Допустим, масло случайно вытекло из двигателя, или масляный насос засорился и не подает масло в нужные места. Обычно в таких случаях, как только давление масла падает и оно перестает поступать к важным деталям машины, на приборном щитке загорается красная лампочка, предупреждающая водителя. Если после этого все-таки не остановить автомобиль, то уже через несколько минут двигатель может полностью выйти из строя из-за сильного перегрева, вызванного трением его частей друг о друга.

См. также:  Звуки в воде

Инерция

Скольжение миски по воде после толчка демонстрирует нам еще один важный закон физики — закон инерции. Каждое тело, находящееся в движении, стремится сохранить это движение, если на него не действуют силы. Когда мы толкнули миску, она свободно скользит по воде, двигаясь по прямой линии с заданной скоростью. Конечно, в действительности, существует, хоть и очень небольшое, трение между миской и водой. Поэтому-то движение миски будет постепенно замедляться, пока не прекратится совсем.

Если движение в воде происходит очень быстро, то и сопротивление возрастает. Например, мотору лодки, мчащейся на большой скорости, требуется развивать большее усилие, чем когда она плывет медленно. Бурные волны, которые образуются за быстро двигающейся лодкой, этому наглядное доказательство. При остановке мотора лодка сначала резко замедляет ход, а затем, когда интенсивное образование волн прекращается, сопротивление значительно уменьшается, и она еще долго будет скользить по гладкой воде с очень маленькой скоростью, пока не остановится совсем.

То обстоятельство, что на тела в воде не действуют большие силы трения, сыграло очень важную роль в развитии нашей цивилизации. Малое трение в воде означает, что при движении лодки и груза в ней с небольшой скоростью не надо прикладывать большого усилия. Гладкая поверхность рек, озер, морей — это готовые природные дороги, по которым корабли могут двигаться во всех направлениях. Поэтому затраты на перевозку грузов по воде, особенно на дальние расстояния, были в древности значительно меньше, чем если бы люди и товары перевозились по суше любым известным тогда способом. В связи с этим многие ранние цивилизации зарождались у водных путей, люди селились вдоль рек, на берегах озер и морей. Первые переселенцы из Европы в Северной Америке располагались на островах и у побережья океана. Только через много столетий, когда начали строиться железные дороги, стали расти крупные города и внутри континента. Могли ли мы хоть на минуту представить себе, когда толкали миску в ванне, что демонстрируем закон науки, повлиявший на историю человечества.

См. также:  Давление воздуха и воды