|
Прим
.
автора к русск
.
изд
.
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
**
Было время
,
когда в США ежегодно рушилось около
25
мостов
.
Давайте начнем с самого начала
,
с Ньютона
(1642–1727),
который сформулировал основной закон механики
:
действие
равно противодействию по величине и противоположно ему по направлению
.
Это означает
,
что каждая сила должна быть
сбалансирована точно такой же по величине силой противоположного направления
.
При этом природа сил не имеет
никакого значения
.
На пример
,
сила может быть создана каким
-
либо неподвижным грузом
.
Предположим
,
я стою на
полу
,
мой вес
75
кг
.
Следовательно
,
мои подошвы давят на пол с силой
75
кг
,
которая направлена вниз
;
это дело моих
ступней
.
В то же самое время пол должен давить на мои подошвы с той же силой
75
кг
,
направленной вверх
;
эта сила
исходит от пола
.
Если доски пола окажутся подгнившими и не смогут обеспечить силу
75
кг
,
я неминуемо провалюсь
.
Но
если каким
-
то чудом пол сообщит мне силу
,
большую
,
чем та
,
которую требовал мой вес
,
скажем
, 75,5
кг
,
то я
-
ни много
ни мало
-
взлечу
.
Те же рассуждения применимы к любому грузу
:
если стул весит
,
например
, 20
кг
,
то
,
чтобы он
оставался на привычном для нас месте
,
пол должен действовать на него с такой же силой
.
Однако в законе Ньютона
совсем не обязательно сила связана лишь с каким
-
либо неподвижным грузом
.
Если я направлю свой автомобиль в стену
,
то она отреагирует на мои действия с силой
,
в точности равной той
,
которая необходима
,
чтобы остановить автомобиль
,
даже если при этом погибает водитель
.
И еще один пример
:
ветер оказывает давление на дымовую трубу
,
пытаясь ее
опрокинуть
,
но точно с такой же силой труба действует на воздух
-
именно поэтому она не опрокидывается
.
Все это лишь частные проявления третьего закона Ньютона
,
который
,
грубо говоря
,
утверждает
,
что для сохранения
статус
-
кво совокупность сил
,
действующих на тело
,
должна быть уравновешенной
.
Правда
,
закон ничего не говорит о
том
,
откуда берутся все эти силы
.
Что касается внешних нагрузок на тело
,
то обычно их обнаружить легче
:
вес груза
возникает из
-
за гравитационного воздействия Земли на массу груза
(
земное притяжение
);
в случае торможения
движущейся нагрузки
(
будь то твердое тело
,
жидкость или газ
)
возникающие силы таковы
,
что вызывают необходимое
замедление движущейся массы
(
второй закон Ньютона
).
Задача любой механической конструкции состоит в сохранении
и поддержании статус
-
кво
,
для ее выполнения в конструкции должны каким
-
то образом возникать силы
,
которые могли
бы уравновесить внешние нагрузки
,
действующие на нее
.
Кажется
,
теперь мы можем понять
,
как груз давит на пол
,
но
как пол давит на груз
?
Ответ на этот вопрос далеко не очевиден
.
Во времена Галилея и Гука
,
на заре научной мысли
,
проблема была еще более
неразрешимой
.
Ее решение усугублялось человеческой склонностью осмысливать непонятное
,
отталкиваясь от самих
себя
,
от процессов
,
которые кажутся знакомыми по своему собственному внутреннему опыту
.
Но такой
"
антропометрический
"
подход и биологические аналогии могут лишь запутать дело
.
Животное имеет два механизма
сопротивления нагрузкам
.
Его инертные части
-
кости
,
зубы
,
волосы
-
воспринимают механическую нагрузку точно так
же
,
как и любое неживое твердое тело
.
Но живой организм как целое ведет себя совершенно иным образом
.
Люди и
животные способны активно сопротивляться приложенным силам
:
они напрягают свои мышцы и в зависимости от того
,
чего требует сложившаяся ситуация
,
отталкивают или тянут что
-
то
.
Если вы поставите мне на ладонь какой
-
либо груз
(
допустим
,
кружку пива
),
то
,
чтобы удержать эту нагрузку
,
я должен увеличить натяжение в определенных мышцах
.
Благодаря сложному и совершенному биологическому механизму наши мышцы непрерывно подстраиваются под
внешнюю нагрузку
,
что позволяет удерживать кружку в вытянутой руке
.
Однако сохранение биологического напряжения
мышц требует непрерывного расходования энергии
(
подобно тому как упершийся в стену автомобиль
,
оборудованный
гидравлической передачей
,
продолжает сжигать бензин в своем двигателе
,
оказывая давление на стену
,
но ни машина
,
ни
стена при этом не движутся
).
Расход энергии приводит к усталости мышц руки
,
и
,
чтобы снять с них нагрузку
,
я рано или
поздно должен буду выпить пиво
.
В отличие от неодушевленных предметов человек всегда
,
даже когда стоит неподвижно
,
производит направленные
,
хотя
,
возможно
,
и неосознанные
,
подстроечные операции в мышцах тела
.
Со временем он устает и
,
если обморок или смерть
прерывают мышечные процессы
,
падает
.
В неодушевленных телах подобные биологические процессы отсутствуют
.
Конструкционные материалы пассивны
,
так что они не
"
устают
"
в обычном смысле этого слова
.
Прежде чем начать
сопротивляться внешним нагрузкам
,
в них должны возникнуть какие
-
то смещения
,
то есть
,
чтобы оказать какое
-
либо
сопротивление
,
они должны в большей или меньшей степени поддаться нагрузке
.
Под смещением мы понимаем не
перемещение тела как целого
,
без изменения его формы
,
а именно геометрические искажения самого тела
,
то есть тело в
целом или отдельные его части становятся короче или длиннее вследствие растяжения или сжатия внутри самого тела
.
В природе не существует и не может существовать абсолютно жесткого материала
.
Все тела в той или иной мере
обладают податливостью
.
Если вы взбираетесь на дерево
,
то ветки прогибаются под вами
,
и это сразу становится
заметным
.
Однако
,
когда вы идете по мосту
,
его прогиб настолько мал что вы его не ощущаете
.
Но как смещения ветвей
,
так и отклонения моста могут быть охарактеризованы количественно
.
Пока смещения
,
вызванные внешними нагрузками
,
не слишком велики и не мешают конструкции выполнять свои задачи
,
их нельзя считать ошибками проекта
,
они
определяют как бы врожденные
,
обязательные характеристики конструкции
. (
Ниже мы дадим им более подробное
определение
.)
Между прочим
,
вспомните
,
что
,
летая самолетом
,
вы
,
быть может
,
замечали
,
как смещаются вверх
-
вниз кончики его
крыла
.
Конструктор
,
проектируя крыло
,
наделил его такими свойствами
.
Вероятно
,
вам уже ясно
,
что смещения
,
будь они
малыми или большими
,
создают силы сопротивления
.
Эти силы определяют жесткость твердого тела
,
его способность
сопротивляться внешним нагрузкам
.
Другими словами
,
в твердом теле возникают именно такие смещения
,
которые как
раз достаточны
,
чтобы уравновесить приложенные внешние нагрузки
.
Это происходит совершенно автоматически
.
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
