Как будет выглядеть идеальная машина?
Представьте себе, что вы решили сконструировать максимально эффективный автомобиль. Что может у вас получиться? Вы, видимо, выберете что-то с минимумом движущихся частей, чтобы по максимуму исключить потери энергии. В идеале машина также должна быть как можно легче, чтобы вам не пришлось затрачивать много энергии на перемещение груды металла, пластика и стекла. Она должна будет использовать топливо, которое широко распространено в природе и очень энергоемко. Возможно, что-то на основе углерода и органических веществ. Если у вас нет принципиальных возражений против небольших скоростей (порядка скромных 6 км/ч) и использования топлива вроде жиров и растительных масел, то ваша идеальная машина будет очень похожа на человеческое тело. Она не требует больших затрат на ремонт, имеет достаточно высокий КПД и не создает проблем с парковкой. Она не ржавеет, не теряет свою стоимость и в большинстве случаев стареет красиво.
Поскользнуться или удержаться на повороте?
Каждый раз, когда я вижу, как машина накреняется на повороте, а ее колеса визжат, как подростки на американских горках, я всегда удивляюсь, что она не срывается и не вылетает с дороги. Ехать на машине по прямой довольно просто. Если еще и колеса у нее отбалансированы нормально, то, по сути, она едет сама по себе. Когда же вы резко поворачиваете, наука меняет всё. Иногда мы списываем всё на вселенский заговор, который сбросил нас с дороги. На самом деле это всего лишь проявление центробежной силы , которая «тащит» машину в противоположную от поворота сторону. В принципе автомобиль, даже на высокой скорости, обычно движется по прямой. Первый закон Ньютона гласит, что объекты движутся с постоянной скоростью в заданном прямолинейном направлении, пока на них не начинает действовать какая-то сила. Когда вы поворачиваете руль машины, входя в поворот, вы прилагаете к ней силу, называемую центростремительной . Она толкает машину внутрь траектории поворота.
Центростремительная сила возникает из-за трения между шинами автомобиля и дорогой. Вам может казаться, что у вас на машине стоит широкая и мощная резина, которая хорошо сцепляется с дорогой, но помните, что на самом деле в любой момент с дорожным покрытием соприкасается только небольшой участок шины, размером не больше подошвы вашего ботинка. Подумайте об этом в следующий раз, когда будете торопиться домой, чтобы уложить детей спать. Порой расстояние между жизнью и смертью – всего лишь четыре подошвы ваших ботинок[64].
Какие силы удерживают машину в повороте? Существует простое уравнение, чтобы рассчитать силы, заставляющие объект двигаться по кругу. Если масса вашей машины около 1,5 т, а вы едете со скоростью 100 км/ч, то на некрутом повороте на нее будет действовать сила порядка 10 000 Н. Если вернуться к табл. 1, то мы увидим, что это сила укуса челюстей крокодила. Так что удерживать вас на дороге в этом случае будет одна крокодило-сила.
Хорошие набойки на каблуках
Почему автомобильные шины не изнашиваются так быстро? Потому что при нормальной эксплуатации и аккуратной езде они практически не прокручиваются на асфальте. В движении колёса вращаются на осях. Здесь и возникает основное трение. Резина же «схватывает» дорогу. Она почти о нее не трется. Шины автомобиля работают так же, как траки танка. Когда танк двигается вперед, траки ложатся на дорогу впереди катков, а затем убираются вверх позади них. С авторезиной происходит то же самое, только она надета на металлическое колесо. Она касается дороги перед металлическим колесом и уходит вверх после него. Если вы не будете резко тормозить и ездить юзом, ваши шины не будут истираться быстро. Если вы ездите аккуратно и не очень шустро, то никогда не «поскользнетесь» и ваши шины будут долго сохранять хорошее сцепление с дорогой.
Глава 6. Липкое дело
Из этой главы вы узнаете…
Как некоторые виды клеев тайно работают на электричестве.
Почему стикеры Post-it приклеиваются несколько раз.
Как наука может научить вас перестать поскальзываться на льду.
Почему полы скользкие, когда мокрые.
Клеить или не клеить – вот в чем вопрос. Как ни странно, его мы задаем себе тысячами разных способов каждый день. Вы можете не пользоваться клеем часто. Вы можете даже не иметь его дома. Но всё, что вы делаете , подразумевает либо склеивание предметов, либо допущение их скольжения друг по другу. С каждым вашим вдохом невидимый глазу газ через огромное количество живых трубок проскальзывает в ваш организм, не задерживаясь по пути. То же происходит с пищей и жидкостями, которые вы глотаете. Вы можете подняться по лестнице благодаря тому, что «прилипаете» (на очень короткое время) к ковролиновому покрытию или деревянным брускам паркета. И мы еще не начали обсуждать очевидные явления вроде собственно клея или того, почему он прочно удерживает марку на конверте. В большинстве случаев разницу в прилипании и скольжении поверхностей мы видим только тогда, когда результат неудачен: клейкие предметы скользят по другим поверхностям, а скользкие на них удерживаются. Объявление «Внимание, мокрый пол» в супермаркете, свисающие лохмотья обоев или картонные подложки под бокалы с пивом, которые приклеиваются к их дну, – типичные напоминания о том, как сильно мы зависим от научных объяснений эффекта прилипания и скольжения в быту.