Петля Нестерова
На заре авиации большинство авиаторов летало «блинчиком», «тарелочкой», ровненько. Строго-настрого запрещалось при поворотах накренять самолет. «Бойтесь кренов!» — учили молодых пилотов инструкторы тогдашних авиационных школ. У военного летчика Петра Николаевича Нестерова такие советы вызывали возмущение и протест. «Посмотрите на птиц, — говорил он своим товарищам-летчикам, — разве они так летают? Делая поворот, птица непременно накренится, повернется боком к земле: одно крыло — вверх, другое — вниз».
Сам он летал иначе. При виражах смело наклонял машину. Авиаторы, видевшие его полеты, только ахали от изумления, а командир отряда нет-нет да и предупредит строго: «Поосторожней надо бы, поручик, а то и до беды недалеко». «Как они не понимают? — удивлялся Нестеров. — Ведь если правильно управлять машиной, воздух будет удерживать ее в любом положении». Петр Николаевич вспоминал: «Я много спорил об этом с опытными летчиками, но все мои доказательства оставались без внимания. А порой приходилось выслушивать даже насмешки».
ЦИРКОВОЙ НОМЕР
В цирке он видел номер, называвшийся «мертвой петлей». Артист стремительно съезжал на велосипеде по наклонной дорожке. Затем она круто шла вверх, сворачивалась в огромную спираль. Артист мчался по спирали. В какой-то момент он оказывался вниз головой, но не падал. При быстром движении возникала сила, которая удерживала его от падения. Нестеров был уверен, что на самолете, в воздухе, тоже можно выполнить такую же «мертвую петлю». Об этом ему говорил весь его опыт летчика, подтверждали и расчеты.
«Но для чего нам нужен этот цирковой трюк?» — спрашивали летчики. Кое-кто из них начал поговаривать, что Нестеров просто хочет прославиться, выделиться. В рукописном журнале авиаторов даже появилась стихотворная загадка под названием «Кто он?». В ней предлагалось разгадать имя того «полупризнанного героя», который бредит «мертвой петлей». Петр Николаевич ответил тоже стихами, обращением к авиаторам:
Не мир я жажду удивить,
Не для забавы иль задора,
А вас хочу лишь убедить,
Что в воздухе везде опора.
«МЕРТВАЯ ПЕТЛЯ»
Нестеров считал, что военный летчик должен владеть самолетом так, как гимнаст владеет своим телом. «Воздушные бои будут схожи с нападениями ястребов на ворон. А кто из нас захочет быть вороной?» — спрашивал он авиаторов. Он служил под Киевом, летая на «Ньюпоре», распространенном тогда военном самолете. Здесь он и осуществил 9 сентября 1913 года давно задуманный план. Позже Петр Николаевич писал: «О своем опыте я никого не предупреждал, хотя все знали, что я вообще собираюсь его сделать».
Теплый день клонился к вечеру, когда Нестеров сел в свой «Ньюпор», привязался к сиденью, опробовал мотор и пошел на взлет. На высоте километра закрыл бензин и направил машину в пике.
Все, кто находился в ту минуту на аэродроме, с волнением смотрели в небо. А Нестеров, набрав скорость, включил мотор и повел самолет вверх, положил его «на спину». Потом — опять вниз. И, наконец, снова — в горизонтальный полет. Самолет описал в воздухе круг, петлю. Все это заняло не более десяти секунд. Нестеров выровнял машину и красивой змейкой спланировал на аэродром, к ангарам.
V. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Вес тела
Вследствие земного притяжения все тела сжимают или прогибают сопротивления (рис. а) или растягивает подвес (рис. б).
Для характеристики такого действия вводится понятие веса тела.
Ø Весом тела называют силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле давит на опору или растягивает подвес.
Выясним причину возникновения веса тела. Для этого рассмотрим тело, лежащее на горизонтальной опоре.
На это тело действуют две силы: сила тяжести 
т = m 
, и сила реакции опоры 
. Поскольку эти силы приложены к разным точкам этого тела, то в результате действия этих сил тело деформируется (сжимается). В результате возникает сила упругости 
, которая действует на опору.
Силы и - это силы взаимодействия тела и опоры, поэтому, согласно третьему закону Ньютона, они одинаковы по модулю и противоположны по направлению:
Если тело и опора неподвижны относительно Земли (или совместно движущихся равномерно и прямолинейно), то, согласно второму закону Ньютона, + m = 0.
Следовательно, = m .
Из последнего равенства следует, что вес тела в состоянии покоя равна силе тяжести, действующей на это тело. Отсюда можно ошибочно сделать вывод о том, что вес и сила тяжести - это та самая сила. Рассмотрим, чем отличаются эти силы.
Во-первых, вес тела и сила тяжести, действующие на это тело, приложены к разным телам: сила тяжести приложена к телу, а вес - к опоре или подвесу.
Во-вторых, сила тяжести и вес имеют разную физическую природу: сила тяжести является частным случаем силы всемирного тяготения, а вес обычно является силой упругости.
В-третьих, сила тяжести равна весу тела лишь в том случае, если тело находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью.
2. Вес тела, движущегося с ускорением
Теперь рассмотрим случай, когда тело, которое находится на опоре, движущейся с ускорением, направленным вверх.
Если опора, на которой лежит брусок начнет двигаться с ускорением 
, направленным вертикально вверх, то силы m и уже не зрівноважуватимуть друг друга, потому что их равнодействующая m + будет предоставлять бруску ускорение .
| Согласно второму закону Ньютона, m + = m . Спроектировав это выражение на ось Оу, получаем:
С учетом того, что Р= N, окончательно получаем:
Ø Если ускорение тела направлено вверх, то вес тела больше силы тяжести.
Рассуждая аналогично, можно показать вес тела, если ускорение тела направлено вниз:
|
Ø Если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше силы тяжести.
Необходимо обратить внимание учащихся на то, что вес тела зависит только от ускорения и не зависит от скорости.
Невесомость
Во время свободного падения груза его ускорение g = а, поэтому P = m(g - a) =0, то есть вес тела равен нулю. Говорят, что тело находится в состоянии невесомости.
Ø Состояние, при котором вес тела равен нулю, называется состоянием невесомости.
Следует отметить, что в состоянии невесомости вес тела равен нулю, но сила тяжести равна m .
Характерным свойством состояния невесомости является отсутствие «внутренних напряжений» в теле, например, отсутствие давления одних органов на другие в теле человека.
Длительного состояния невесомости испытывают космонавты в космическом корабле, когда его двигатели выключены. При этом космонавты вместе с космическим кораблем движутся под действием только сил тяготения (со стороны Земли, Луны или других космических тел).
Перегрузки
Во время старта космического корабля космонавты испытывают перегрузок. Этот термин означает, что вес космонавта по модулю становится больше силы тяжести. Выясним, почему это происходит.
После включения ракетного двигателя, когда ракета начинает разгоняться, ее движение и движение космонавта осуществляются с ускорением, направленным вертикально вверх. При этом вес космонавта будет больше силы тяжести:
Ø Отношение силы, с которой тело давит на опору в случае ускоренного движения вверх, к его весу в инерциальной системе отсчета называют перегрузкой:
Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что тело испытывает перегрузки. Перегрузки испытывают пассажиры лифтов, космонавты во время взлета на ракете в космос, летчики во время выхода из пикирования и т.д. Вследствие перегрузки увеличивается не только вес человека в целом, но и каждого ее органа. Здоровый человек может без вреда для своего здоровья выдерживать кратковременные трехкратные перегрузки, то есть увеличение веса втрое. Космонавтам же во время старта и посадки космического корабля приходится выдерживать многократные перегрузки.
Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным движением, называется перегрузкой.
Это справедливо не только для тела, подвешенного на пружине, но и для тела, укрепленного на опоре.
Рассмотрим пример, в котором проявляется изменение тела при его ускоренном движении Автомобиль движется по мосту выпуклой траектории, то есть по криволинейной траектории. Будем считать форму моста дугой окружности. Из кинематики мы знаем, что автомобиль движется с центростремительным ускорением, величина которого равна квадрату скорости, деленной на радиус кривизны моста. В момент нахождения его в наивысшей точке, это ускорение будет направлено вертикально вниз. Согласно второму закону Ньютона это ускорение сообщается автомобилю равнодействующей силой тяжести и силой реакции опоры.
|
m  =  + m 
Выберем координатную ось у, направленную вертикально вверх, и запишем это уравнение в проекции на выбранную ось, подставим значения и проведем преобразования:Вес автомобиля, по третьему закону Ньютона, равен по модулю силе реакции опоры (), при этом мы видим, что вес автомобиля по модулю меньше силы тяжести, то есть меньше веса неподвижного автомобиля.
|