С этим занятием мы все знакомы в том случае, если плоскость угла вертикальна. Всякий мальчик знает, что если ему хочется попасть в полицейского снежком как раз в нижнюю пуговицу мундира, — с такого, конечно, расстояния, которое позволяло бы произвести этот опыт вполне безопасно, — то следует целиться гораздо выше, — приблизительно в острие каски.

Отклонение снаряда от его первоначального направления

Рис. 7. Отклонение снаряда от его первоначального направления

Причина этого лежит в неизбежном падении под действием силы тяжести, каковое движение совершает всякий брошенный предмет во время полета. Ружья и пушки также должны быть направлены в точку, расположенную гораздо выше той, в которую желают попасть. Так, например, пуля, вылетевшая из ружья, помещенного в точке А (рис.7) может попасть в человека, который находится в В, и которого не видно из точки А, причем она пролетит над крышей дома, лежащего между этими точками. Выстрел был произведен по направлению пунктирной линии АС. А так как пуля фактически достигла точки В, то можно сказать, что она летела вниз — «под углом». Объяснение отклонения от своего первоначального направления лежит в том, что есть сила, заставляющая пулю или снаряд опускаться вниз: это сила тяжести, величину которой мы можем измерить по весу снаряда.
Если сила тяжести могла бы действовать горизонтально, то она могла бы заставить снаряд отклониться «на некоторый угол» в сторону, т.е. именно так, как мы обыкновенно понимаем выражение «за угол». Правда, сила тяжести не может так действовать, зато есть другие силы, которые в состоянии оказывать такое действие.
Например, ветер, когда, он дует перпендикулярно к направлению летящего снаряда, заставляет пулю уклониться от ее первоначального пути. Это действие бывает настолько значительно, что всегда при прицеле приходится с этим считаться. Но это непрерывно действующая внешняя сила. Может ли также какая-нибудь мгновенная сила, действующая на пулю или на шар, сообщить им стремление уклониться от первоначального пути? В действительности это возможно и осуществимо, например, в таких играх, как крокет, теннис и бейсбол. На рис. 8 А и Е представляют из себя шары, которые двигаются по направлению большой стрелки, именно слева направо. Шары изображены гак, как они кажутся, когда мы их рассматриваем сверху, т.е. плоскость бумаги предполагается лежащей горизонтально. Сообщим шару А вращательное движение вокруг вертикальной оси в момент бросания шара, как это указано кривыми стрелками. Передняя поверхность шара, обращенная к D, станет тогда передвигаться по направлению стрелки В и будет вместе с тем стремиться в том же направлении перемещать и воздух, находящийся перед шаром. Но как объяснить, что шар смещается в противоположном направлении? Закон «равенства действия и противодействия» это вполне объясняет.
Это можно выяснить на следующих примерах. Если кто-нибудь, находясь в лодке, толкает человека, стоящего на мосту, то этим самым он вызывает не только движение человека от лодки, но и движение своего собственного тела, а следовательно, и лодки от моста. То же самое случается, когда мы, сидя на качелях, толкаем кого-нибудь; этим приводится в движение не только человек, которого мы толкнули, но и мы сами начинаем двигаться, и притом в противоположном направлении. Также и гребля может служить примером, так как лодка двигается в направлении, обратном тому, в котором весло стремится сдвинуть воду.

Отклонения шаров от их направления движения

Рис.8. Отклонения шаров от их направления движения


То же самое будет, когда передняя поверхность шара сдвигает воздух по направлению стрелки В; в подобном случае шар, в свою очередь, испытывает смещение в противоположном направлении. Следствием этого будет движение шара по пунктирной линии С вместо ожидаемого движения по прямой линии D.
Если бы шар вращался на одном месте, то передвижение воздуха, вызванное передней поверхностью, о которую он испытывает трение, уравновесилось бы смещением в противоположную сторону тех масс воздуха, которые приводятся в движение задней поверх-ностью шара.
Совсем иначе обстоит дело в данном случае. Шар движется от А к D. При этом он сжимает воздух, который находится впереди него, позади же его образуется разряженное пространство. Поэтому сопротивление, испытываемое передней поверхностью шара, вследствие трения о воздух, больше, чем то же сопротивление, испытываемое его задней поверхностью. В этом и заключается причина, вследствие которой мы в нашем рассуждении для простоты опускаем сопротивление воздуха на заднюю поверхность шара. Когда мы сообщим шару вращение в противоположном направлении (рис.8, Е), то его передняя поверхность двигается по направлению стрелки F и гонит воздух в том же направлении. Следствие этого: шар отклоняется в противоположном направлении и летит по пунктирной линии G.
Теперь сообщим шару вращение вокруг горизонтальной оси в тот момент, когда его бросают в горизонтальном направлении; и пусть ось вращения совпадает с тем направлением, в котором мы бросаем шар. Стрелка Н указывает направление, по которому перемещается верхняя сторона шара, стрелка К указывает то же направление для его нижней стороны. Это вращение вначале не отклонит шара от его первоначального движения по направлению HL. Действительно, так как воздух над шаром и под ним имеет ту же степень разрежения, то сопротивления его при трении о верхнюю и нижнюю поверхности шара будут взаимно уничтожаться. Однако это имеет значение лишь на первое время. После же того, как шар уже прошел некоторое расстояние и обнаружил заметное движение книзу, его нижняя поверхность начинает сгущать воздух, между тем как над верхней поверхностью образуется разреженное пространство. Теперь мы имеем то же самое, что и в нашем первом опыте. В то время, когда шар смешал в сторону тот сгущенный воздух, который терся об его нижнюю поверхность по направлению К, сам он испытывал сопротивление, которое отклоняло его по направлению М. Таким же образом вращение в противоположном направлении (N) вызывает отклонение шара в направлении Р.
В первом из рассмотренных главных случаев ось вращения шара имела вертикальное положение, а во втором случае лежала горизонтально и совпадала с горизонтальным направлением движения шара; но можно представить себе еще и третий случай: именно, когда горизонтальная ось вращения перпендикулярна к направлению движения шара. В этом случае плоскость вращения лежит вертикально и имеет то же направление, как и брошенный шар. На рис. 8 в случае Q показано, что верхняя поверхность шара перемещается вследствие вращения его в направлении стрелки. В случае R вращение шара имеет противоположное направление. Шар Q движется по направлению к 5, а шар R по направлению к Г. В первом случае (Q) передняя поверхность шара передвигается сверху вниз и также перемещает вниз находящийся перед нею сгущенный воздух. «Противодействие» стремится сместить шар кверху, другими словами, препятствует падать с той скоростью, с какой он падал бы, если бы не вращался. Иначе: дальность полета шара увеличивается. Во втором случае (R), наоборот, передняя поверхность перемещает воздух вверх, а благодаря противодействию, шар отталкивается книзу, так что он падает быстрее, чем под действием одной силы тяжести.
Вращение играет важную роль в различных играх; оно является причиной того, что игроки ошибаются в своих предположениях относительно движения шара; два описанных вращения могут происходить вместе, вследствие чего полет шара усложняется еще более.
В играх в крокет и теннис это ещё усложняется оттого, что вращение оказывает влияние на направление шара в момент его отражения.
Этот раздел относится лишь к отклонению, которое испытывает шар благодаря вращению во время полета в воздухе.
Это действие вращения играет важную роль в игре бейсбол, в которой тот, кто ударяет шар, должен поймать его во время его полета, т. е. пока еще шар не коснется земли. Некоторые искусные игроки умеют пользоваться как вращением Я, так и вращением N. Они бросают шары так, что они летят большую часть своего пути прямо, но в конце делают неожидаемый поворот. Такие лица могут бросать шар так, что он, не прерывая своего полета, может лететь за угол дома и исчезнуть из глаз бросившего.

Опубликовано в Глава 2. Движения катящихся и летящих тел

© 2018 Global - Library . Ru. Все права защищены.
При копировании текста на Ваш ресурс просим указывать страницу - источник.
GlobaL - LibrarY . Ru — Бесплатная интернет библиотека для Вас. По всем вопросам обращаться сюда.