Вернуться на главную

УСКОРЕНИЯ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ

Научно-фантастические романы Жюля Верна, как правило, отличаются точностью в изложении научных основ и описании различных технических устройств. Но иногда писатель-фантаст допускал ошибки. Так, например, в романах "С земли на Луну" и "Вокруг Луны" он почему-то считает, что невесомость в снаряде будет только тогда, когда сила притяжения Земли станет равной силе притяжения Луны, а не во все время полета. Но это не главная ошибка. Путешественникам просто не придется испытать чувство невесомости - они погибнут при выстреле.

Ж. Верн пишет, что длина пушки - 275 м, а снаряд покидает ее со скоростью 16 км/с. Если подсчитать, какое ускорение получает снаряд (принимая его движение за равномерно ускоренное), то оно окажется равным 500 км/с2, то есть в 50 тысяч раз больше ускорения силы тяжести (g), которое на Земле равно около 10 м/с2. Ясно, что путешественники будут просто раздавлены собственным весом.

Ж. Верн наверняка понимал, что предложенный способ путешествия к Луне смертельно опасен для людей, находящихся в снаряде. Желая "смягчить" их участь, он делает внутренние стенки снаряда мягкими. Но, конечно, это мало поможет. Ведь если на человека упадет с большой высоты многотонная кипа ваты, ему все равно не поздоровится.

Космонавты при старте ракеты тоже испытывают перегрузку - так называют увеличение веса тела вследствие роста ускорения, но оно не превышает 4-6 g. При маневрировании скоростного самолета летчик кратковременно испытывает даже 10-15 кратное увеличение веса. Но, конечно, ни один человек не выдержит перегрузку в 50 тысяч раз.

Люди не ощущают постоянно действующего на них ускорения силы тяжести, а чувствуют только его увеличение или уменьшение.

Ускорение - одна из важнейших характеристик движения. Она показывает, как быстро растет или уменьшается скорость. Можно сказать, что ускорение - это скорость изменения скорости. Но скорость, оставаясь постоянной по величине, может изменять свое направление. Так, если точка движется равномерно по окружности, то ее скорость, постоянная по величине, в каждый момент времени направлена по касательной к окружности. Следовательно, ускорение - это векторная величина, которая характеризует быстроту изменения скорости и по ее численному значению и по направлению.

На рисунке приведены значения ускорений, встречающиеся в окружающем нас мире. Диапазон их огромен. Поэтому применена логарифмическая шкала - у нее два соседних деления отличаются друг от друга по величине в 10 раз. Характер разбиения каждого ее участка показан на примере одного интервала: от 104 до 105; это тоже логарифмическая шкала. Для участка шкалы от 106 до 1014 примеров очень мало, поэтому на рисунке он не показан. Единица измерения ускорения, принятая для всех приводимых данных, - метр на секунду в квадрате, м/с2. Справа от шкалы - положительные ускорения (на зеленом фоне), слева - отрицательные ускорения, их иногда называют "замедления" (на светло-коричневом фоне).

Ускорения измеряются специальными приборами - так называемыми акселерометрами. По принципу действия они бывают механическими, электромеханическими, электрическими, оптическими и могут измерять ускорения в диапазоне от 1 см/с2 до 30 км/с2, то есть от O,OOlg до 3000g.

Ускорение можно также вычислить. Для этого пользуются формулами механики. Если известно, что движение равномерно ускоренное (или равномерно замедленное) начинается из состояния покоя (или заканчивается остановкой), то для нахождения ускорения а применяют одну из следующих формул: а = v/t; а = v2/2s; а = 2S/t2 (v - скорость, s - путь, t - время). Для вычисления ускорения можно воспользоваться также вторым законом Ньютона, по которому ускорение находят как частное от деления силы F, действующей на материальную точку, на ее массу m: а=F/m.

Некоторые из этих формул и были применены для нахождения величин ускорений, приведенных на вкладке. Например, известно, что автомобиль "Жигули" разгоняется до скорости 100 км/час за 19 секунд. Если считать движение автомобиля на участке разгона равномерно ускоренным, то его ускорение а = v/t =28 м/с: 19 с = 1,5 м/с2.

Бегун на короткие дистанции на первых 30-40 метрах набирает скорость около 11 м/с и далее бежит примерно с такой же скоростью. Следовательно, его ускорение а=v2/2s= 121 : 80 = 1,5 м/с2. Любопытный факт: ускорения, развиваемые автомобилем и спринтером, одинаковы. Близки к этому значению также ускорения велосипедиста и конькобежца. В самом деле, велосипедист 200 метров с места преодолевает за 15 секунд. Если воспользоваться формулой, связывающей путь и время, найдем, что ускорение равно около 1,7 м/с2. Конькобежец, бегущий на 500 метров, первые 50 метров преодолевает за 8,1-8,6 секунды. Таким образом, его ускорение в среднем 1,4 м/с2.

Итак, короткую дистанцию, скажем, 30 метров, и автомобиль, и велосипедист, и конькобежец покроют примерно за одно и тоже время. Правда, затем автомобиль обгонит своих "конкурентов", так как его конечная скорость много выше. А вот с гоночной машиной не посостязаешься даже в самом начале ее движения, так как она развивает ускорение до 8-9 м/с2 (скорость 100 км/час достигается за 3,2-3,5 секунды). Ускорение мотоцикла лежит в пределах 3-6 м/с2.

Несколько большее ускорение, чем человек, развивают некоторые представители животного мира, например, гепард, ягуар. Наверное, поэтому силуэты их рисуют на спортивных и гоночных автомобилях.

При торможении автомобиль и мотоцикл испытывают замедления, величины которых на 20-30 процентов меньше значений ускорений. Это объясняется тем, что при разгоне сцепление колес с полотном дороги несколько лучше, чем при торможении.

Поезд разгоняется с ускорением, примерно равным 0,2 м/с2, а тормозит с замедлением 0,5 м/с2 (эта величина, конечно, значительно возрастает при "экстренном торможении). Здесь разница в значениях ускорения и замедления объясняется тем, что на первое место выступает не характер сцепления колес с рельсами, а большая инерция поезда. Ведь разгоняет его один локомотив, а тормозят все колеса состава. Поезд метро движется с ускорением 1 м/с2.

Баба копра, ударяя по свае, сообщает ей некоторую скорость, которая затем обращается в ноль - свая останавливается. Замедление, которое она при этом испытывает, равно примерно 300 м/с2. При выстреле ускорение пули может достигать 250 км/с2, а снаряда - 450 км/с2. Ускорение, которое получают заряженные частицы в ускорителе, еще в миллиард раз больше: 2,1014- 5,1015 м/с2.

На каждое тело, находящееся на поверхности Земли, действует сила тяжести. Величина ее обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами притягивающихся тел. Так как Земля не шар, а несколько сплюснута у полюсов, то сила тяжести на экваторе меньше, чем на полюсах. Таким образом, ускорение свободного падения тел (ускорение силы тяжести) зависит от географической широты места и равно, например: на полюсе - 983,221 см/с2; на экваторе - 978,049 см/с2; на широте Москвы - 981,56 см/с2.

На других планетах Солнечной системы значения ускорения силы тяжести, естественно, иные, так как планеты отличаются друг от друга своими размерами и массами. Наименьшее оно на Меркурии и Марсе - 3,73 м/с2, а наибольшее на Юпитере - 23 м/с2. На Солнце ускорение силы тяжести почти 274 м/с2.

На графике (в верхнем правом углу рисунка) кривые показывают, как долго может человек переносить различные ускорения в зависимости от их величины и направления.

Человек легче переносит возрастание ускорения, если оно направлено не вдоль оси тела, а перпендикулярно к ней. Именно по этой причине космонавты при старте ракеты как бы лежат в своих креслах.

Если ускорение меньше 10g, а время действия его больше секунды, то оно называется линейным длительно действующим ускорением. Такие ускорения (замедления) возникают, скажем, при открытии парашюта (3g), при старте и управляемом спуске космического корабля (4-6g), при резком маневрировании на скоростном самолете (до 10g). Их человек может выдерживать достаточно долго.

Ускорение, большее IOg и действующее меньше секунды, называют линейным ударным ускорением. Оно может возникать, например, при аварии автомобиля, вынужденной посадке самолета или космического корабля, при катапультировании.


УСКОРЕНИЕ





Rambler's Top100