Читать «Юный техник, 2007 № 09» онлайн - страница 28

Эксперимент главного казначея

Полную теорию маятника создал сам сэр Исаак Ньютон. А началось все, возможно, с опыта, который он поставил, не веря, что период колебаний маятника не зависит от плотности вещества.

«Я достал два одинаковых деревянных ящика и один из них равномерно наполнил деревянными кубиками, а в другой поместил такого же веса (насколько точно я мог) слиток золота. Поместив их рядом, я наблюдал, как они качались совершенно одинаково и совместно в течение длительного времени». Так И.Ньютон описал свой опыт. Он не пояснил, где взял золото — но если вспомнить, что основным его занятием была работа в качестве директора Монетного двора, — можно догадаться, что найти для эксперимента килограмм-другой золота не составляло для него труда.

Маятник и Луна

Всем известен математический маятник — грузик, качающийся с небольшой амплитудой на длинной нити. Период колебаний такого маятника не зависит от массы и, как видно из формулы, зависит только от ускорения силы тяжести. Но как это проверить — съездить на полюс и на экватор или слетать на Луну?

Эрнст Мах (1838–1916), философ, идеи которого пронизывают всю современную физику, чтобы наглядно доказать это школьникам в земных условиях, создал прибор, в котором маятник качается на жесткой оси, в рамке. А рамке может придавать различный наклон. При этом сила тяжести разлагается на составляющие по правилу параллелограмма. В зависимости от величины наклона меняется движущая маятник доля силы тяжести. Так, если рамку маятника наклонить примерно под углом 10° к горизонту, то он станет качаться с таким же периодом, как и на Луне.

Ходики ногами вверх

Мы привыкли к тому, что масса маятника расположена ниже точки подвеса. Но это не обязательно. Всем приходилось видеть, как жонглер ставит на нос длинный шест и движется с ним по сцене. Но дайте ему карандаш — и он его тут же уронит. Здесь имеет место эффект перевернутого маятника.

Если шест поставлен строго вертикально на нижний конец, то он находится в равновесии. Правда, это равновесие неустойчиво и шест под действием любой случайной микроскопической причины начинает от этого положения отклоняться. Чем он длиннее, тем отклонение происходит медленнее. Скорость этого отклонения такая же, как у «нормального» маятника — того же шеста, подвешенного за верхний конец. Поэтому длинный шест раскачивается на носу жонглера гораздо медленнее, чем короткий карандаш, и удержать его в равновесии достаточно легко.

Понаблюдайте за работой высокого строительного крана. Вы увидите, что башня его медленно раскачивается. Здесь тоже имеет место эффект перевернутого маятника. Этот эффект был использован и в метрономе. И не стоит удивляться, если кто-нибудь создаст часы-ходики, работающие вверх ногами.