Колебания и волны. Акустика

Прячься под подушку! Слышишь ли во сне? Кто-то там крадется в гулкой тишине!

1. Скрипящий мел.
   Почему так ужасно скрипит мел, если мы неправильно держим его, когда пишем на доске? Как влияет на скрип положение мела относительно доски и чем определяется частота издаваемого им звука? Почему скрипят двери и почему визжат шины автомобиля, когда он резко трогается с места?
2. «Поющий» песок.
   Кое-где в мире, например на некоторых английских пляжах, встречается песок, который издает под ногами свистящий звук. Скрип песка еще можно как-то объяснить, но я не могу представить, отчего песок свистит. Быть может, какая-то особая форма песчинок способствует его звучанию?
3. Игра на скрипке.
   Пощипывать струну, как это делает гитарист,— очевидно, самый простой способ возбудить ее колебания. Но как возбуждается вибрация скрипичной струны при плавном движении смычка? Зависит ли частота звука от нажима смычка и его скорости?
4. Звуки кипящей воды.
   Когда я подогреваю воду для кофе, то по звуку определяю момент ее закипания. Вначале раздается шипение, которое постепенно нарастает, а затем уступает место более резкому звуку. Перед самым же кипением этот звук становится мягче. Как объяснить происхождение этих звуков, особенно смягчение звука перед тем, как вода закипает?
5. Скрипящий снег.
   Когда мы идем по снегу... Иногда снег скрипит под ногами, но это бывает лишь в те дни, когда температура воздуха существенно ниже нуля. Что создает звук и почему его возникновение зависит от температуры? При какой примерно температуре снег начинает скрипеть?
6. Тишина после снегопада.
   Почему после снегопада так тихо? Конечно, машин и людей на улице меньше, чем обычно, но только этим нельзя объяснить тишину, вдруг опустившуюся на город. Что происходит с энергией уличного шума? Почему это случается, когда снег только что выпал? Подобное ослабление звука наблюдают, например, участники антарктических экспедиций, когда прорывают туннели в снегу: приходится кричать, чтобы быть услышанным на расстоянии пяти метров. Куда исчезает энергия звука?
7. Журчащий ручей.
   Вам, верно, случалось когда-нибудь солнечным днем лежать на травке, слушая журчание ручейка? Почему журчат ручейки? Почему ревут водопады и стремнины? Чем вызвано приятное шипение открываемой бутылки лимонада? Всмотритесь в прозрачный лимонад и попытайтесь связать этот звук с образованием, движением и разрывом газовых пузырьков.
8. Разрывание ткани.
   Почему, когда вы начинаете рвать ткань быстрее, издаваемый ею звук повышается?
9. Щелканье суставов.
   Почему «трещат» пальцы? Почему нужно немного подождать, прежде чем сустав сможет снова щелкнуть?
10. Звук тающего льда.
    Бросьте кубик-другой льда в ваш любимый напиток и вы услышите вначале потрескивание, а затем такой звук, как будто что-то жарится на сковородке. Откуда возникают эти звуки? Не всякий лед, впрочем, производит «звук сковородки». Почему? Айсберги, попадая при дрейфе в южные моря, начинают подтаивать и тоже потрескивают. Их треск часто слышен на судах и подводных лодках, и его называют «айсберговой шипучкой».
11. Ухом к земле.
    Почему индейцы, которых мы видим в старых вестернах, обычно встают на колени и припадают ухом к земле, чтобы обнаружить далеких, не видимых глазом всадников? Если можно расслышать далекий топот копыт через землю, то почему этот звук не слышен в воздухе?
12. Тембр голоса и гелий.
    Почему голос становится высоким, если человек вдохнет гелий? Будьте предельно осторожны, когда вдыхаете гелий. В этом случае легко задохнуться, так как вдыхая гелий, человек не испытывает никаких неприятных ощущений, поскольку при этом в легких не накапливается углекислый газ. Никогда не вдыхайте ни водород, ни чистый кислород! Водород взрывоопасен, а кислород поддерживает горение. При вдыхании этих газов даже искра разряда (который так часто возникает в одежде) может оказаться смертельной.
13. Распространение звука в прохладный день.
    Отчего в прохладный день звук доносится дальше, чем в жаркий? Это особенно заметно, когда звук распространяется над спокойной воной поверхностью или над покрытым льдом озером. Наоборот, звуки в пустыне распространяются на значительно более короткие расстояния.
14. Эхо.
    Несомненно, вы знаете, что такое эхо. Это отражение звуковых волн от какого-либо удаленного предмета, не так ли? Но объясните, почему порой частота отраженного звука, который приносит эхо, оказывается выше, чем частота исходного? Почему эхо от высокого звука обычно громче и отчетливее, чем от низкого? Как близко к отражающему предмету можно встать, чтобы еще слышать эхо?
15. Распространение звука при ветре.
    Почему вы лучше слышите крик находящегося далеко от вас человека, если он кричит «по ветру», а не против ветра? Потому ли, что, как принято считать, в направлении против ветра звук ослабляется сильнее?
16. Молния без грома.
    Нередко мы видим вспышку молнии, но не слышим грома. Как правило, раскаты грома редко распространяются на расстояния более 25 км. Почему? Неужели 25 км — такое уж большое расстояние для звука? Нет, орудийные выстрелы и разрывы снарядов доносятся значительно дальше. Почему же на таком расстоянии не слышен гром?
17. Если приоткрыть дверь в шумный коридор...
    Когда я закрываю дверь своего кабинета, которая выходит в шумный коридор, в комнате становится тихо. Если же дверь открыть настежь, то шум мешает работать. А что если дверь приоткрыть чуть-чуть? Должно быть, это почти то же самое, что и закрыть ее? Однако я убедился, что в этом случае шум ничуть не меньше, чем при широко открытой двери? Почему же узкая щель так разительно усиливает шум в моем кабинете?
18. Когда тошнит от инфразвука.
    Инфразвук (звук с частотой, ниже слышимой ухом) вызывает тошноту и головокружение... он может даже убить. Теперь, когда опасность инфразвука для человека установлена, его усиленно изучают и обнаруживают буквально повсюду: вблизи аэродромов, в автомобилях, движущихся с большой скоростью, на океанском побережье, во время гроз и смерчей. Животным и некоторым особо восприимчивым людям инфразвуковые сигналы несут предупреждение о приближающемся землетрясении. Почему инфразвук оказывает такое воздействие на людей и животных? В частности, как объяснить способность инфразвука вызывать внутренние кровоизлияния?
19. Шум морской раковины.
    Почему, когда мы прикладываем к уху раковину, нам слышится «шум моря»?
20. Разговор и шепот.
    Чем определяется тембр нашего голоса? Почему женский голос выше мужского? Многие молодые люди переживают период «ломки» голоса. По чему это происходит? Как вы переходите от обычного разговора на шепот?
21. Завывание ветра.
    В фильмах ужасов монстры обычно творят свои злодейства под завывание ветра. Почему воет ветер?
22. Свистящий чайник.
    В некоторых типах «свистков» для чайников на пути воздушной струи устанавливают препятствия. Например, «краевой тон» можно получить, направив струю воздуха на клин. Аналогично, поставив на пути струи кольцо, можно получить «кольцевой тон». Наиболее распространены чайники такой конструкции, где на пути пара сделано отверстие, которое и создает звук. В каждом случае звук зависит от вида препятствия, но как? Что именно издает свист, когда кипит чайник?
23. Почему свистит бутылка?
    Примером еще одного типа свистка может служить маленькая бутылка из-под лимонада: если подуть поперек ее горлышка, она начинает звучать. Здесь налицо не только препятствие на пути струи (край горлышка), но и полость, примыкающая к этому препятствию. К тому же типу свистков относятся флейты, органные трубы и т. д. Почему все эти устройства производят звук определенной частоты? Каким образом, зажимая пальцами отверстия флейты и изменяя давление воздуха вблизи препятствия, мы извлекаем разные звуки? Влияет ли диаметр горлышка бутылки на частоту издаваемого ею звука? А ее форма? Допустим, я частично заполню бутылку водой, определю ее резонансную частоту с помощью камертонов, а затем встряхну. Форма полости, конечно, изменится. А резонансная частота?
24. Басовые частоты в динамиках малых размеров.
    Не удивительно ли, что головные телефоны, стереонаушники, портативные транзисторные приемники могут воспроизводить низкие частоты. Динамики в них очень малы, однако они воспроизводят низкие частоты. Рупоры старинных граммофонов тоже, казалось бы, не должны были воспроизводить низкие частоты. Почему же мы все - таки слышим их?
25. Когда самолет преодолевает звуковой барьер.
    Что является причиной громового удара, который производят сверхзвуковые самолеты? Возникает ли этот «гром» только в тот момент, когда самолет преодолевает звуковой барьер? Зависит ли он от шума двигателей? Иногда мы слышим не один удар, а два подряд. Почему? Зависит ли «гром» от высоты полета? Как сказывается на этом эффекте режим полета самолета: набирает ли он высоту, теряет ее или совершает разворот? При одних условиях самолет производит «сверхгром» — особенно сильную ударную волну. При других — удар возникает, но не доходит до поверхности земли. Как это объяснить?
26. Раскаты грома.
    Когда я был маленьким, мама объясняла мне, что гром как-то связан с молнией. Как же возникает гром, и почему его раскаты слышны довольно длительное время? Всегда ли гром грохочет? Я читал, что в радиусе 100 м от места удара молнии вначале слышен щелчок, затем — треск (как от пастушьего кнута) и только потом — грохот. Что вызывает щелчок и треск? А чуть дальше вместо резкого щелчка слышен взвизг. Почему?

Ответы. Колебания и волны. Акустика

1)Скрип и визг в рассмотренных случаях обусловлены «зацеплением и соскальзыванием». Так, мел, когда его неправильно держат, вначале зацепляется за доску, но когда пишущий достаточно сильно нажимает на мел, он внезапно соскакивает и начинает вибрировать, периодически «зацепляясь» за доску и вновь соскальзывая. Вследствие этого и возникает скрип.

2)Звук, по-видимому, обусловлен колебаниями песка, которые возникают, когда отдельные его слои сдвигаются относительно друг друга. Песок под ногой вдавливается в глубь, а при осыпи один слой песка скользит по другому. Хотя механизм возникновения звука пока остается неясным, по-видимому, «поет» песок, состоящий преимущественно из круглых песчинок одинакового размера.

3)Смычок то сцепляется со струной, то отрывается от нее: струна колеблется в те моменты, когда смычок свободно скользит.

4) Первый звук появляется, когда донышко кастрюли нагрелось достаточно для того, чтобы образовывались пузырьки: образование каждого пузырька сопровождается щелчком, а все вместе они создают шипение. При дальнейшем нагревании пузырьки отделяются от дна, поднимаются в более холодный слой воды и там лопаются; при этом возникает еще более громкий звук. Его мы слышим до тех пор, пока вода не согревается настолько, что пузырьки начинают достигать поверхности и разрываться там. Тогда вода кипит «белым ключом», а пузырьки, лопающиеся на поверхности, создают более мягкий, «плещущий» звук.

5) Если земля очень холодная (ее температура ниже—23° С), то лед уже не тает под ногами, а трескается.

6) Между пушинками свежевыпавшего снега существуют маленькие полости, благодаря которым такой снег поглощает звук так же, звукопоглощающие покрытия современных служебных помещениях. По мере уплотнения снега поглощение звука в нем ослабевает.

7) Отчасти журчание ручейка обусловлено пузырьками, образующимися в быстро текущей воде. Возникновение пузырьков сопровождается слабыми звуками, тогда как колебания объема пузырьков и их «схлопывание» производят более громкие звуки.

8) Любое периодическое движение может вызывать звуковые волны. Периодический обрыв отдельных волокон при разрывании ткани порождает звуковые волны, и мы слышим, как рвется ткань.

9) Треск суставов обусловлен разрывом крохотных газовых пузырьков в жидкости, смазывающей суставы пальцев, который происходит, когда палец растягивается и давление в жидкости уменьшается. Требуется несколько минут, прежде чем жидкость снова поглотит газ и сустав опять щелкнет.

10) Потрескивание обусловлено раскалыванием льда под влиянием температурных напряжений, которые возникают в толще льда при нагревании. Шипение же связано с воздушными пузырьками, заключенными внутри льда, которые лопаются, когда в результате таяния льда «выбираются» на поверхность. Если таких пузырьков нет, то лед при таянии будет только потрескивать.

11) То обстоятельство, что звук в земле распространяется быстрее, чем в воздухе, в данном случае не имеет значения, поскольку скорость лошади много меньше скорости звука. Звук лучше проходит в земле потому, что там он меньше рассеивается и меньше поглощается, чем в атмосфере.

12) Резонансные частоты полости рта (как и всякой другой полости, заполненной газом) пропорциональны скорости звука в заполняющем ее газе. Скорость звука в гелии выше, чем в воздухе, поэтому голос становится более высоким.

13)Скорость звука в теплом воздухе больше, чем в холодном. Если с увеличением высоты над землей температура воздуха уменьшается, то верхняя часть звуковой волны, распространявшейся вначале горизонтально, будет двигаться медленнее, чем нижняя. Вследствие этого траектория волны загибается вверх. В холодный же температура воздуха может увеличиваться с высо- той (особенно над большими водоемами). Тогда звук отклоняется не вверх, а вниз, распространяясь таким образом на большее расстояние вдоль земной поверхности.

14) Рассеяние звука на предметах, размер которых мал по сравнению с длиной волны, обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Поэтому звуки более короткой длины волны (высокой частоты) рассеиваются сильнее, чем звуки большой длины волны (низкой частоты). Эхо от крика будет иметь более высокий тон, поскольку высокочастотные звуки лучше отражаются от препятствий и при возвращении имеют большую интенсивность.

15) Звук распространяется по ветру дальше не потому, что в этом направлении он меньше ослабляется, а потому, что, двигаясь по ветру, звуковые волны отклоняются вниз, тогда как при движении против ветра они отклоняются вверх. Скорость ветра обычно возрастает с увеличением высоты, так , как у поверхности Земли на его пути встречаются различные препятствия. Когда волна распространяется по направлению ветра, она движется вверху с большей скоростью, чем внизу, поэтому в целом отклоняется книзу. Аналогичное рассуждение позволяет понять, почему волна, движущаяся против ветра, отклоняется кверху.

16) Здесь действуют те же причины, которые мы уже рассматривали в задачах. Звуковые волны, возникающие при разряде молнии, отклоняются вверх в теплых слоях воздуха у поверхности земли. За пределами области радиусом примерно 25 км звук отклоняется настолько, что уже не слышен на земле.

17) Звуковая волна дифрагирует на щели Хотя дверь лишь слегка приоткрыта, звук, проникая через щель, распространяется по всей комнате.

18) Инфразвук может, например, привести в состояние колебаний грудную клетку; вызываемые им изменения давления происходят достаточно медленно, так что грудная клетка успевает колебаться в такт с ними. При таких колебаниях возникает трение между внутренними органами, что может привести к внутреннему кровоизлиянию. При меньших интенсивностях инфразвук нередко вызывает головокружение и тошноту. «Укачивание» в автомобиле отчасти также обусловлено возбуждаемым при его движении инфразвуком.

19) Окружающие звуки, в том числе и легкое дуновение ветра вблизи устья раковины, возбуждают в заключенном в ней объеме воздуха резонансные колебания. Возбуждение и затухание этих колебаний создает у слушающего иллюзию звуков океанского прибоя.

20) Тембр голоса определяется длиной и натяжением голосовых связок. При увеличении давления в трахее наступает момент, когда связки резко расходятся, а затем возвращаются в прежнее положение. Продолжительные колебания связок вызывают изменения давления воздуха, которые в свою очередь возбуждают резонансные гармоники полости носоглотки. Мужской голос обычно ниже женского, так как у мужчины голосовые связки толще, длиннее и вибрируют с более низкой частотой. Голос мальчиков «ломается» в период быстрого роста: гортань увеличивается, и голосовые связки из детских — тонких и коротких — превращаются в мужские. При шепоте голосовые связки расслабляются и бездействуют в гортани. Частота произносимых звуков в этом случае определяется колебаниями воздушнго потока, возникающими из-за наличия других препятствий, а также резонансными частотами носоглотки.

21) Завывания ветра могут возникать на висящих проводах и голых ветвях деревьев или (как краевой тон) на углах крыш и других заостренных предметах. При обтекании ветром провода или ветки дерева воздушный поток становится неустойчивым, и тогда с препятствия могут срываться вихри. С телеграфного провода, например, вихри срываются попеременно то с верхней, то с нижней его части. Эти вихри и создают колебания давления воздуха, которые мы воспринимаем как звуки. Если ветер достаточно силен, то колебания давления с двух сторон провода могут заставить его вибрировать целиком; впрочем, колебания провода не обязательны для возникновения звука. Так как локальные изменения давления обусловлены вихрями на верхней и нижней частях провода, то сам он вынужден совершать колебания перпендикулярно воздушному потоку.

22)































При возникновении краевого тона вихри срываются с края препятствия, когда его обтекает воздушный поток. Возникающие при этом колебания края препятствия и создают слышимый нами звук. Частично звук возвращается к источнику воздушного потока. Вследствие этого возникает дополнительная неустойчивость потока, способствующая образованию вихрей. Когда эти вихри достигают края препятствия, они вновь возбуждают звук и т. д. Когда свист создается с помощью отверстия, звук, возвращаясь к источнику воздушного потока, изменяет скорость последнего; в результате образуются вихревые кольца. Когда эти кольца доходят до отверстия, снова возбуждается звук и т. д. Чаще всего свист чайника создается двумя отверстиями, которые расположены в крышке и разделены небольшим углублением. Когда воздух изнутри чайника проходит через первое отверстие, оно становится источником воздушной струи, которая создает неустойчивость воздушного потока у второго отверстия и тем самым порождает звук. Поначалу скорость такого потока недостаточна для возникновения неустойчивости, когда же вода близка к кипению, воздух движется быстрее, завихрения у второго отверстия становятся больше, возникает звук.

23) Бутылка из-под лимонада, свирель, флейта отличаются от свистков, тем; что в них вблизи отверстия или края, на которых образуются неустойчивости, находится резонирующая полость. Из набора частот, присутствующих в звуке, возникающем на краю препятствия или в отверстии, полость выделяет и усиливает резонансную частоту, которую мы и слышим.

24) Наше ухо воспринимает низкие тона даже в том случае, если они не излучаются динамиком. Дело в том, что, когда ухо улавливает колебания двух различных частот, мы слышим также частоты, равные их сумме и разности, а кроме того,— равные суммам и разностям некоторых частот, кратных основным. Наиболее отчетливо слышна разностная частота (разностный тон), которая воспринимается как басовый звук.

25) Если самолет летит со скоростью, большей скорости звука, то впереди него образуется ударная волна (скачок уплотнения воздуха) конической формы. Этот конус, расширяясь, достигает поверхности земли, где возникает скачок давления, воспринимаемый как звук хлопка или выстрела. Вторую ударную волну создает хвост самолета. Иногда эти два скачка давления неразличимы, иногда же они воспринимаются как два раздельных удара. Ударная волна может и не достигнуть поверхности земли, если она достаточно искривляется в теплом нижнем слое воздуха.

26) В настоящее время явление грома стало предметом внимательного изучения. Предполагается, что электрический разряд молнии вызывает сильное нагревание и резкое расширение воздуха; в результате создается цилиндрическая ударная волна, которая и служит основным источником грома. Недалеко от места удара молнии можно также расслышать шипение [скорее всего, его производит коронный разряд и щелчок — видимо, это звук движущегося вверх «лидера». Длительное звучание грома (рокот и раскаты), вероятно, обусловлено отражением звука от окружающих объектов.

Классическая механика

1. Стоит ли бежать под дождем?
   Допустим, вам нужно перейти улицу под дождем, а зонта у вас нет. Как поступить: бежать или идти шагом? Если вы побежите, то проведете под дождем меньше времени.Тем не менее может случиться, что вы намокнете сильнее, чем если бы шли шагом, так как вы «набегаете» на дождевые струи. Попробуйте произвести грубый подсчет, рассматривая свое тело как прямоугольный параллелепипед соответствующих размеров. Зависит ли ваш ответ от того, какой идет дождь: косой или ветикальный? (Если вам трудно ответить на этот вопрос, попробуйте сначала ответить на другой: как зависит скорость наполнения выставленного на дождь ведра от скорости ветра?)
2. Повернуть или остановиться?
   
   
   Порой от знания физики может зависеть ваша жизнь. Представьте себе, что автомобиль, за рулем которого вы сидите, едет прямо на кирпичную стену, которая находится в конце Т-образного перекрестка Что делать? Тормозить изо всех сил, не допуская заноса, стараясь рулить прямо? Поворачивать на полной скорости или выруливать вбок, тормозя по мере возможности? Рассмотрим задачу последовательно. Для начала предположим, что вы успеете вовремя, если будете тормозить, не сворачивая. Будет ли при этом поворот столь же безопасным? Прежде всего, конечно, следует рассмотреть идеальный случай. Затем можно учесть возможность заносов, различие в сцеплении с дорогой и задних колес, «усталость» тормозов. А что если торможение на прямой не спасет вас? Стоит ли тогда стараться повернуть или, может быть, смириться с трагической неизбежностью? Другой вариант аналогичной ситуации: перед вами на дороге большой предмет. Что лучше сделать: остановиться или попытаться его объехать? Конечно, все зависит от размеров предмета. Не давайте поспешных ответов. Пусть вы и опытный водитель, но интуиция порой может подвести, а ведь дело касается вашей жизни.
3. Движущийся стул.
   Как известно, движение центра масс тела может изменяться только под действием приложенной к телу внешней силы, однако вы можете проехать через комнату на стуле, не касаясь пола ногами. Если ваши судорожные движения на стуле связаны с внутренними силами, то чем же обусловлена внешняя сила?
4. Удары «каратэ».
   В секции каратэ меня учили «короткому» удару кулаком, ногой или ребром ладони. Такой удар направлен на несколько сантиметров в глубь тела противника. Обычные же удары, наносимые в какой-нибудь уличной драке, нацелены на поверхность тела. Какой удар наносит большие повреждения? Можете ли вы при помощи грубого расчета доказать, что человек, владеющий приемами каратэ, способен таким коротким ударом разбить деревянную доску, кирпич, кость? (Подумайте также, как нужно ударять молотком по гвоздю, который вы забиваете в легкую фанерную перегородку?.)
5. Блокирование колес.
   Если вам нужно быстро остановить машину, следует ли резко нажать на педаль тормоза и заблокировать колеса? Опытные водители рекомендуют при торможении на скользкойдороге не выключать сцепления, т. е. не отсоединять колеса от двигателя. Попробуйте объяснить, почему такой способторможения безопаснее.
6. Ускорение и торможение автомобиля на повороте.
   Почему не следует резко тормозить на повороте? Предположим, вы, уже совершая поворот, вдруг решили, что едете слишком быстро. Что произойдет, если вы резко нажмете на педаль тормоза?
7. «Блины» на воде.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Как объяснить скачки камня по воде? Если бросить камень так, чтобы он подпрыгивал на влажном, слежавшемся песке, то при отскоках он оставит на песке след. Можно заметить, что сначала камень отскакивает на небольшое расстояние, порядка нескольких сантиметров, потом его «прыжок» увеличивается примерно до метра, затем опять небольшой скачок и так пока камень не остановится. Почему это происходит? Во время второй мировой войны англичане использовали эффект прыгающего по воде камня при бомбежке немецких плотин. Очень трудно попасть с воздуха в плотину, особенно под огнем зениток. И тогда была создана бомба цилиндрической формы [длиной порядка 5 футов 1,5 м) и чуть меньше в диаметре], которую перед сбрасыванием раскручивали в бомбовом отсеке самолета до скорости примерно 500 об/мин. Когда такая бомба ударялась об воду, она начинала подпрыгивать, как брошенный но воде камень, и непрерывно укорачивающимися скачками «подбиралась» к плотине. Там вследствие вращения бомба не отскакивала от плотины, а начинала катиться по ее основанию в глубину; примерно в 10 м под водой срабатывал взрыватель, который был снабжен датчиком гидростатического давления. Так блестяще была решена задача обеспечить прицельное попадание пяти- тонной бомбы с точностью до нескольких футов.
8. Отряд на мосту.
   Это случилось в 1831 г. По подвесному мосту близ города Манчестера в Англии проходил военный отряд, маршируя в такт с колебаниями моста. В результате мост обрушился. С тех порво всех военных подразделениях, перед тем как они входят на мост, стали подавать команду «сбить ногу». Как обычно объясняют опасность, возникающую при маршировке по мосту, и насколько она реальна? Попробуйте сделать численную оценку.
9. Вспучивание дороги.
   На дороге, которая первоначально была ровной, возникает ухаб, а вслед за ним через некоторое время еще один. Кажется, он сам собой вырастает поперек дороги. И дорога — будь то грунтовая, асфальтированная или даже бетонная — становится похожей на стиральную доску, особенно после дождя, когда в складках собирается вода. Подобное явление наблюдается на трамвайных и железнодорожных путях. Когда по такому деформированному участку проходит поезд, возникает страшный грохот. Недаром подобные участки называют «ревущими». Аналогичные «стиральные доски» встречаются лыжникам на лыжне. Почему возникает такая волнообразная («гофрированная») поверхность и чем определяется ее период? Можете ли вы оценить этот период, моделируя описанный эффект в ящике с песком с помощью небольшого колесика?
10. Притяжение Луны Землей и Солнцем.
    Как велико притяжение Луны к Солнцу по сравнению с ее притяжением к Земле? Казалось бы, раз Солнце «не забирает» у нас Луну, значит, Земля притягивает ее сильнее. На самом деле это не так: Солнце притягивает Луну почти в два раза сильнее, чем Земля. Почему же мы до сих пор не потеряли Луну?
11. Сопротивление воздуха ускоряет движение спутника.
    Искусственные спутники не вечно крутятся вокруг Земли. В конце концов атмосфера Земли, как бы ни была она разрежена на большой высоте, тормозит их движение. Но знаете ли вы, что линейная скорость спутника, движущегося по круговой орбите, увеличивается из-за сопротивления воздуха? Спутник на орбите движется с таким положительным ускорением, как если бы сила сопротивления воздуха вдруг поменяла знак и стала «толкать» спутник вперед. Как это объяснить?

1)Предположим для простоты, что вы надели шляпу и поэтому капли дождя, падающие на голову вас не беспокоят. Тогда, если дождь идет навстречу или падает вертикально, следует как можно быстрее бежать к укрытию. Если же дождь бьет в спину, то нужно двигаться со скоростью, равной горизонтальной составляющей скорости дождевых струй.

2)Если пренебречь тем, насколько может быть опасен для пассажиров удар автомобиля тем или другим бортом, и если стену объехать нельзя, то нужно двигаться прямо на нее, пытаясь затормозить как можно скорее. Расчет показывает, что при идеальном состоянии тормозов и дорожного покрытия избежать столкновения со стеной, двигаясь по дуге окружности, можно только в том случае, если сила трения между колесами и дорогой будет вдвое больше, чем при торможении, когда автомобиль движется прямо.

3) Внешняя сила создается в результате трения между стулом и полом . Когда вначале вы «бросаете» свое тело вперед, стул не скользит. В это время сила трения сообщает системе тело — стул ускорение, и центр масс системы приобретает скорость. В дальнейшем центр масс по инерции движется вперед, а сила трения направлена назад, препятствуя движению стула.

4) Обычный удар причиняет сравнительно небольшой ущерб, так как в основном он сводится просто к толчку противника. Резкий удар каратэ нацелен на несколько сантиметров в глубь
тела, поэтому рука соприкасается с телом в тот момент, когда она имеет максимально возможную скорость
При резком коротком ударе рука взаимодействует с небольшим участком тела, сообщая ему большие ускорения и, следовательно, вызывая большие деформации. При обычном («затянутом») ударе ускорение сообщается большому участку тела (масса которого соответственно велика). При этом как получаемое им ускорение, так и его деформация невелики.

5 Блокирование колес.
Если вам нужно быстро остановить машину, следует ли резко нажать на педаль тормоза и заблокировать колеса?
Опытные водители рекомендуют при торможении на кользкой дороге не выключать сцепления, т. е. не отсоединять колеса от двигателя. Попробуйте объяснить, почему такой способторможения безопаснее.

5) Коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Поэтому, когда колеса крутятся, со стороны дороги на них действует большая сила трения, чем в том случае, когда они скользят. На сухом ровном асфальте коэффициент трения покоя (колеса не проскальзывают) достигает 0,8, тогда как при скольжении он не превышает 0,6. Когда начинается скольжение («блокирование» колес), асфальт и шины могут расплавиться, и тогда автомобиль будет двигаться по тонкому слою жидкости. Чтобы затормозить, автомобиль с «блокированными» колесами (при прочих равных условиях) должен пройти расстояние, на 20% большее, чем при вращающихся колесах. Поэтому автомобиль останавливается быстрее всего, если к тормозам прикладывать усилие, чуть меньшее того, при котором колеса блокируются'. При скольжении колес возникает опасность бокового «заноса» автомобиля, так как при этом движение вбок может быть вызвано даже очень малой силой.

6) При резком торможении на повороте машина наклоняется вперед; давление на передние колеса увеличивается, а на задние— уменьшается. При этом на повороте зад машины может занести в сторону.

7) Камень, скачущий по песку, обычно сначала ударяется задним концом. Возникающие при этом силы отбрасывают камень на небольшое расстояние и придают ему некоторое враще-
ние, вследствие чего он ударяется теперь передним концом. После этого камень отлетает на большее расстояние. Когда же камень скачет по поверхности воды, то, судя по всему, он не делает коротких скачков. Вначале он также ударяется задним концом, но затем начинает скользить по воде, отклоняясь назад по мере того, как перед ним образуется волна. Это продолжается до тех пор, пока, наконец, камень не совершит относительно большой скачок. Можно попытаться более тщательно исследовать все действующие при этом силы и моменты путем скоростной съемки.

8) Четкий ритм шага военных при марше по мосту может попасть в резонанс с собственными колебаниями моста. Хотя каждый шаг сообщает колебаниям мосточень небольшую дополнительную энергию, при наличии резонанса энергия будет суммироваться и накапливаться; в результате амплитуда колебаний моста может увеличиться настолько, что мост рухнет.

9) Представьте, что на дороге имеется ухаб, при проезде через который у машин начинает колебаться «передок». В тех местах, где колебание направлено вниз, шины могут вдавливаться в дорогу. Если в одном и том же месте это происходит со многими автомобилями, то может образоваться еще один ухаб и т. д.

10) Луна, как и Земля, обращается вокруг Солнца, притяжение же Земли вносит искажения в ее орбиту.

11) Вследствие трения в атмосфере полная энергия спутника уменьшается, но его потенциальная энергия лишь наполовину идет на нагревание. Остальная ее часть преобразуется в кинетическую энергию. В результате, несмотря на сопротивление воздуха, скорость спутника возрастает. Конечно, радиус орбиты при этом уменьшается, так что увеличение скорости происходит только до тех пор, пока спутник не сгорит.