Читать книгу Занимательная механика - Яков Перельман - Страница 7
Глава 1
Основные законы механики
На полном ходу поезда
ОглавлениеДругой пример плодотворного применения классического принципа относительности беру из заграничной железнодорожной практики. В Англии и в Америке тендер[2] нередко пополняется водой на полном ходу поезда. Достигается это остроумным «обращением» одного общеизвестного механического явления, а именно: если в поток воды погрузить отвесно трубку, нижний конец которой загнут против течения (рис. 4), то текущая вода проникает в эту так называемую трубку Пито и устанавливается в ней выше уровня реки на определённую величину Н, зависящую от скорости течения. Железнодорожные инженеры «обратили» это явление: они двигают загнутую трубку в стоячей воде, и вода в трубке поднимается выше уровня водоёма. Движение заменяют покоем, а покой – движением.
Осуществляют это так: на станции, где тендер паровоза должен, не останавливаясь, запастись водой, устраивают между рельсами длинный водоём в виде канавы (рис. 4). С тендера спускают изогнутую трубу, обращённую отверстием в сторону движения. Вода, поднимаясь в трубе, подаётся в тендер быстро мчащегося поезда (рис. 4 вверху справа).
Рис. 4. Как паровозы в Америке на полном ходу набирали воду Между рельсами устраивался длинный водоём, в который погружалась из тендера труба
Вверху слева – труба Пито. При погружении её в текущую воду уровень в трубе поднимается выше, чем в водоёме
Вверху справа – применение трубы Пито для набора воды в тендер движущегося поезда
Как высоко может быть поднята вода этим оригинальным способом? По законам той отрасли механики, которая носит название гидродинамика и занимается движением жидкостей, вода в трубе Пито должна подняться на такую же высоту, на какую взлетело бы тело, подброшенное отвесно со скоростью течения воды; а эта высота (Н) определяется формулой:
где V — скорость воды, g — ускорение силы тяжести, равное 9,8 м в секунду за секунду (м/с2). В нашем случае скорость воды по отношению к трубе равна скорости поезда; взяв скромную скорость 36 км/ч, имеем У= 10 м/с; следовательно, высота поднятия воды:
Ясно, что, каковы бы ни были потери на трении, высота поднятия более чем достаточна для успешного наполнения тендера[3].
2
Тендер – специальный вагон, прицепляемый к паровозу и предназначенный для перевозки запаса топлива для локомотива (дров, угля или нефти) и воды.
3
В «Занимательной физике» (кн. 2) я применил тот же приём «обращения» к случаю взаимного притяжения кораблей на море. Это вызвало возражение оттуда, откуда меньше всего можно было его ожидать: со стороны специалиста-физика, автора брошюры, популяризующей учение Эйнштейна. Он считает «обращение» явления в данном случае незаконным и готов подчиниться лишь свидетельству опыта: «Если опыт даст утвердительный ответ, то я признаю вашу правоту». Каким темпом двигалась бы вперёд наука, если бы в каждом частном случае применения общих законов необходимо было обращаться к новым опытам!
