Опыт движения «вверх ногами»

П. Н. Нестеров был выдающимся русским военным летчиком, основоположником высшего пилотажа. В 1913 году он впервые в мире выполнил на аэроплане фигуру, названную впоследствии его именем — «петля Нестерова». Аэроплан разгонялся, пикировал, затем с помощью руля круто поворачивался вверх носом, переворачивался на «спину», носом вниз, в результате чего получался замкнутый круг в вертикальной плоскости. Инерция играла большую роль в этом маневре.

В давние времена большим успехом у публики пользовался аттракцион с велосипедистом, который часть своего пути совершал колесами вверх. Дорожка, по которой исполнитель этого трюка мчался на большой скорости, съехав с большой высоты, образовывала петлю в вертикальной плоскости. В этой петле велосипедист описывал спираль. В верхней ее части он ехал вверх колесами, а затем благополучно съезжал вниз, вызывая вздох облегчения у публики.

Описанный номер очень напоминает петлю Нестерова.

Для успеха этого номера его исполнитель должен был обеспечить своему велосипеду большую скорость, а это можно было сделать, съезжая с определенной высоты. Отправная точка находилась значительно выше верхней точки петли. Движение велосипедиста в расположенном вертикально кольце похоже на вращение камня на веревке. Ведь камень, натягивая веревку, находясь в верхней точке описываемого круга, не срывается с нее. Также и велосипедист при большой скорости прижимается к своей кольцевой дорожке и не падает, когда едет по ней по инерции вверх колесами.

В нашем домашнем опыте не будет ни пилота, ни велосипедиста, их роль будет скромно выполнять стальной шарик (от шарикового подшипника).

Дорожку с вертикальной петлей нужно изготовить, исходя из размеров шарика, который у вас есть. Предположим, у вас есть стальной шарик диаметром 9 миллиметров. Возьмите плотную рисовальную бумагу или тонкий картон, вырежьте из нее полосу шириной 2,5 сантиметра и длиной 120 сантиметров (если такой длинной бумаги нет, можно склеить полосу из двух, трех кусков).

У бумажной полосы по всей ее длине загните бортики высотой 7 миллиметров. У вас получился длинный желоб. Теперь на одном из его концов сделайте петлю диаметром 8 сантиметров. Для того чтобы можно было согнуть петлю, от конца желоба на протяжении примерно 26 сантиметров в бортиках сделайте ножницами прорези через каждые 3–4 миллиметра. Когда вы согнете эту часть желоба, образовав правильную окружность, нужно, разведя немного (на ширину желоба) друг от друга концы петли, приклеить их к кусочку картона, чтобы они не расходились.

Теперь смонтируйте модель. Если вы приложите старание, то можно сделать красивую конструкцию и отнести ее в школьный физический кабинет как наглядное пособие.

Установите вертикально бумажную петлю. Конец девяностосантиметрового желоба закрепите на высоте (считая от основания петли) 40 сантиметров. Круто и плавно спускаясь, желоб должен тоже плавно переходить в петлю. К другому концу петли, так сказать, к ее выходному концу, приклейте такой же желоб, но длиной 20 сантиметров. На его конце сделайте из бумаги «карман» — ловушку для шарика, чтобы после каждого запуска не искать его по всей комнате.

Проследите, чтобы конструкция была достаточно жесткая, не прогибалась под тяжестью шарика, и чтобы дорога для шарика была плавная, ровная, без зазубрин и шероховатостей.

Когда все будет готово, можно пустить шарик с верхней точки желоба. Покатившись, шарик наберет нужную скорость, обеспечит себя инерцией, пройдет верхнюю точку петли, скатится по ней и закончит свой путь в ловушке.

Проделывая этот опыт, меняйте высоту, с которой запускаете шарик, и наблюдайте его поведение. Проследите, какая высота его запуска будет критической, то есть когда шарик не в состоянии будет пробежать по петле весь путь.

Этот опыт можно усовершенствовать — сделать еще одну петлю меньшего размера, тогда шарик будет пробегать две петли и после этого останавливаться в ловушке.