სახალისო ფიზიკა/თავი მესამე
გარემოს წინაღობა
ტყვია და ჰაერი[რედაქტირება]
ტყვის თავისუფალ ქროლვას რომ ჰაერი ხელს უშლის, ეს ყველამ იცის, მაგრამ ყველას როდი აქვს ნათელი წარმოდგენა იმაზე, თუ რამდენად დიდია ჰაერის ეს დამმუხრუჭებელი მოქმედება. მეტწილად ფიქრობენ, რომ ასეთ ნაზ გარემოს, როგორიცაა ჰაერი, რომელსაც ჩვენ ჩვეულებრივ არც კი ვგრძნობთ, საიმისოდ არ შეუძლია ხელი შეუშალოს თოფის ტყვიის მკვეთრ ქროლვას.
მაგრამ თუ დაუკვირდებით 31-ე ნახატს, დარწმუნდებით, რომ ტყვიისათვის ჰაერი წარმოადგენს ფრიად სერიოზულ დაბრკოლებას. ამ ნახაზზე დიდი რკალი გამოხატავს გზას, რომელსაც გაივლიდა ტყვია, ატმოსფერო რომ არ ყოფილიყო, თოფის ლულიდან გამოსროლილი (45°-იანი კუთხით, საწყისი სიჩქარით 620 მ/წამში) ტყვია უზარმაზარ რკალს მოხაზავდა, სიმაღლით 10 კმ, ნამდვილად კი ზემოთ აღნიშნულ პირობებში, ტყვია მოხაზავს შედარებით უფრო პატარა რკალს სიგრძით \textemdash 4 კმ. იმავე ნახაზზე, პირველი რკალის გვერდით დახატული ეს რკალი, თითქმის შეუმჩნეველია. ასეთია ჰაერის წინააღმდეგობის შედეგი!
ჰაერი რომ არ ყოფილიყო, შაშხანიდან 10 კმ. სიმაღლეზე ატყორცნილი ტყვიის წვიმა მტერს, დაშორებულს 40 კმ მანძილით, სეტყვასავით დაესხმოდა!
ზეშორს სროლა[რედაქტირება]
არტილერიას შეუძლია მოწინააღმდეგეს დაუშინოს ყუმბარები ასი და მეტი კილომეტრის მანძილიდან თანამედროვე პირობებშიაც კი. პირველად ეს განახორციელა გერმანიის არტილერიამ იმპერიალისტული ომის ბოლოს (1918 წ.), როდესაც საფრანგეთის და ინგლისის ავიაციამ ბოლო მოუღო გერმანელების საჰაერო თავდასხმებს. გერმანელების შტაბმა საარტილერიო ხერხი გამონახა, რომ გაენადგურებინა საფრანგეთის დედაქალაქი, რომელიც ფრონტიდან 110 კილომეტრით იყო დაშორებული.
ეს ხერხი სრულიად ახალი იყო და ჯერ არავის ჰქონდა გამოყენებული. გერმანელები ასეთ ხერხს შემთხვევით წააწყდნენ. შემახლების დიდი კუთხით მსხვილ ყალიბიან ქვემეხიდან სროლის დროს მოულოდნელად გამოირკვა, რომ 20 კილომეტრი სიშორის ნაცვლად მიღწეულია 40 კილომეტრი სიშორე. აღმოჩნდა, რომ დიდი საწყისი სიჩქარით მაღლა ცერად გასროლილი ყუმბარა ატმოსფეროს იმ გაუხშოებულ მაღალ ფენებს აღწევს, სადაც ჰაერის წინაღობა მეტად უმნიშვნელოა; ასეთი სუსტი წინაღობის გარემოში ყუმბარა თავისი გზის მეტ ნაწილს გაივლის და მერე დედამიწაზე ცერად ეშვება.
ეს დაკვირება საფუძვლად დაედო ზეშორსმსროლელი ქვემეხის პროექტს 115 კილომეტრის მანძილიდან პარიზისათვის ყუმბარების დასაშენად. ქვემეხი წარმატებით დამზადდა და 1918 წლის ზაფხულის განმავლობაში პარიზს სამასზე მეტი ყუმბარა დაუშინეს.
ბოლო წლებში ამ ქვემეხის საიდუმლება საკმაოდ გამოაშკარავდა (თვით გერმანელებმა გამოაქვეყნეს მისი მოწყობილობა და სროლის პირობები) და ამის შესახებ ჩვენ აქ შეგვიძლია ფრიად საყურადღებო ცნობები მოვიყვანოთ.
ეს იყო ფოლადის უზარმაზარი მილი სიგრძით 34 მეტრი, ხოლო სისქით-მთლიანი მეტრი; საფალიე ნაწილის კედლების სისქე — 40 სანტიმეტრი. ქვემეხი 750 ტონას იწონიდა. მის თითოეულ 120 კილოგრამიან ყუმბარას ჰქონდა ერთი მეტრი სიგრძე და სისქე — 21 სანტიმეტრი. მის დასამუხტავად საჭირო იყო 150 კილოგრამი დენთი, რომელიც 5000 ატმოსფერო წნევას ავითარებდა. ამ წნევით გამოიტყორცნებოდა ყუმბარა საწყისი სიჩწარით 2000 მეტრი წამში (ნახ. 32). სროლას აწარმოებდნენ 52°-ის კუთხით; ყუმბარა მოხაზავდა უზარმაზარ რკალს, რომლის უმაღლესი წერტილი მოდიოდა დედამიწიდან 40 კილომეტრის სიმაღლეზე, ე.ი. შორს სტრატოსფეროში. ყუმბარა თავის გზას პოზიციიდან პარიზამდე — 115 კილომეტრს აკეთებდა 3,5 წუთში — 2 წუთის განმავლობაში ის სტრატოსფფროში მიჰქროდა.
ასეთი იყო პირველი ზეშორმსროლელი ქვემეხი, თანამედროვე არტილერიის წინაპარი, რომელსაც შეუძლია ყიმბარები 120 და მეტ კილომეტრზე გასტყორცნოს.
გერმანული ქვემეხის შესახებ მსურველთ შეუძლიათ მიიღონ უფრო ვრცელი ცნობები ვ. ენიუკოვის ფრიად ჭკუისსასწავლო ბროშურაში, "ეიძლება თუ არა სროლა ას კილომეტრზე?", საიდანაც ჩვენ გადმოღებული ნახ. 31, 33-ე ნახატები თვალსაჩინოდ გამოსახავს თუ რა გზას აკეთებს სხვადასხვა კუთხეზე დაყენებული ზეშორსმსროლელი ქვემეხიდან გასროლილი ყუმბარა.
რაც უფრო მეტია ტყვიის (ან ყუმბარის) საწყისი სიჩქარე, მით უფრო მნიშვნელოვანია ჰაერის წინაღობა: იგი იზრდება არა სიჩქარის პროპორციულად, არამედ უფრო სწრაფად, — სიჩქარის მეორე და უფრო მაღალი ხარისხის პროპორციულად; ჰაერის წინაღობა დამოკიდებულია სიჩქარის სიდიდეზე.
ქაღალდის ფრანის აშვება[რედაქტირება]
შეგიძლიათ ახსნათ — რათ მიფრინავს ზევით-ზევით ქაღალდის ფრანი, როდესაც მას ბაწრით წინ ეწევიან? თუ შესძლებთ ამ კითხვაზე პასუხის გაცემას, მაშინ იმასაც მიხვდებით, თუ თვითმფრინავი რათა ფრინავს, რათ მიმოქრის ჰაერში ნეკერჩხლის თესლი და, რამოდენადმე, ბუმერანგის უცნაური მოძრაობის მიზეზებშიაც გაერკვევით. ყველაფერი ეს მოვლენათა ერთ თანრიგს ეკუთვნის. სწორედ ის ჰაერი, რომელიც გასროლილ ტყვიისა და ყუმბარისთვის ასეთ სერიოზულ დაბრკოლებას წარმოადგენს, აუცილებელი ხელისშემწყობი პირობაა არა მარტო ნეკერჩხლის მსუბუქი ნაყოფის ლივლივისა, არამედ მძიმე, ათეული მგზავრებით დატვირთული, თვითმფრინავის ნავარდისაც.
ქაღალდის ფრანის აფრენის ასახსნელად გამარტივებულ ნახაზს მივმართოთ. ვთქვათ, $MN$ არის ფრანის ჭრილი. როდესაც ფრანის აშვებისას ბაწარს ეწევიან, ფრანს კუდი სძლევს და დახრილად მოძრაობს.
დავუშვათ, რომ ეს მოძრაობა მარჯვნიდან მარცხნივ სწარმოებს. ფრანის სიბრტყის ჰორიზონტთან დახრის კუთხე a-თი აღვნიშნოთ და ვნახოთ ფრანზე ამ მოძრაობაში რა ძალები მოქმედებენ ჰაერში, რა თქმა უნდა, ხელს შეუშლის მის მოძრაობას და ფრანზე ერთგვარ წნევას მოახდენს. ეს წნევა 34-ე ნახატზე ნაჩვენებია OC ისრით და, რაკი ჰაერი ყოველთვის პერპენდიკულარულად აწვება სიბრტყეს, ამიტომაც OC ხაზი მართი კუთხითაა დახაზული MN-თან. OC ძალა შეგვიძლია ორად დავშალოთ და მივიღოთ, ე. წ., ძალთა პარალელოგრამი: OC-ს მაგივრად ორ ძალას OD და OP მივიღებთ. მათში OD ძალა ფრანს უკან ეწევა და, მაშასადამე, ამცირებს მის თავდაპირველ სიჩქარეს; ხოლო მეორე OP ძალა სცდილობს მთელი აპარატი ზევით აიტაცოს.
ის, მაშასადამე, მის წონას ამცირებს და, თუ ის საკმაოდ დიდი აღმოჩნდა, შეუძლია დასძლიოს ფრანის წონა და ის ზევით აიტაცოს. აი, რატომ არის, ფრანი მიიმართება ზევით, როცა მას ბაწრით წინ ეწევიან.
აქ მოცემულიმოვლენის არასაკმარისი გამარტივებული სქემა. არის თვითმფრინავის მაღლა ასვლის ხელშემწყობი სხვა გარემოებები, რომელიც პირველად აღნიშნა ნ.ე.ჟუკოვსკიმ.
თვითმფრინავი — იგივე ფრანია, მხოლოდ აქ ჩვენი ხელის მამოძრავებელი ძალა შეცვლილია პროპელერის მუშაობით. პროპელერის ფრთები ჰაერს უკუბიძგავს, აპარატის მოძრაობას მიმართავს წინ და, მაშასადამე ისევე, როგორც ფრანი, თვითმფრინავი ზევით აჰყავს.
ცოცხალი პლანერები[რედაქტირება]
თქვენ ხედავთ, რომ თვითმფრინავები არა ფრინველების მსგავსადაა აგებული, როგორც ამას ჩვეულებრივ ფიქრობენ, არამედ ისინი ფრენია-ციყვების, ფრთაბეწვა ღელურას ან მფრინავ თევზებს უფრო ჰგვანან. თუმცა ხსენებული ცხოველები თავისი საფრენი აპკით სარგებლობენ არა მაღლა ასაფრენად, არამედ მხოლოდ დიდი ნახტომების გასაკეთებლად — "ლივლივით დასაშვებათ", — როგორც მფრინავი იტყოდა. მათი ძალა OP (ნახ. 34) საკმარისი არ არის იმისათვის, რომ სხეულის სიმძიმე სავსებით გააწონასწოროს;
იგი მხოლოდ ამსუბუქებს მათ წონას და შველის დიდი სიმაღლიდან ვეება ნახტომების გასაკეთებლად. (ნახ. 35) ფრენია-ციყვები 20-30 მეტრის მანძილზე ხტიან ერთი ხის კენწეროდან მეორე ხის ქვედა ტოტებზე. ოსტ-ინდოეთში და ცეილონზე არის ერთგვარი ჯიშის ფრენია-ციყვი — ტაგუანი სიდიდით იგი ჩვენებური კატისოდენაა, როცა იგი თავის „პლანერსა" შლის, მისი სიგანე ნახევარ მეტრს აღწევს. ასეთი დიდი ზომის საფრენი აპკი ცხოველს საშუალებას აძლევს, მიუხედავად თავისი შედარებით დიდი წონისა, გაფრინდეს თითქმის 50 მეტრზე ღელურა (ფრთაბეწვა) კი, რომელიც ზონდის და ფილიპინის კუნძულებზე იცის, აკეთებს ნახტომს 70 მეტრის სიგრძეზე.
მცენარეების უმოტორო ფრენა[რედაქტირება]
მცენარეთა შორისაც ხშირია შემთხვევები, როდესაც ნაყოფებს და თესლებს თავისებური პლანერების საშუალებით ავრცელებენ. ბევრია ისეთი ნაყოფები და თესლები, რომლებსაც აქვთ ან განსაკუთრებული ბუსუსები (ბაბუაწვერა, ფამფარა, ბამბა),რომლებიც პარაშუტის მსგავსად მოქმედებენ, ანდა აღჭურვილნი
არიან სამაგრი სიბრტყეებით, ფრთების, წანაზარდების და სხვა ამგვარი სახით. ასეთი მცენარეული პლანერები აქვთ წიწვიანებს, ნეკერჩხალს, არყის ხეს, რცხილას, ცაცხვს, მრავალ ქოლგოვან მცენარეებს და სხვა.
კერნერ ფონ-მარილაუნის ცნობილ წიგნში — "მცენარეთა ცხოვრება" — ამის შესახებ ვკითხულობთ შემდეგს: "წყნარ, უქარო და მზიან დარში, ჰაერის ვერტიკალური დინებით, მრავალი ნაყოფი და თესლი მნიშვნელოვან სიმაღლეზე ადის და მერე, მზის ჩასვლის შემდეგ ხელახლა ეშვება ძირს სადმე — იქვე მახლობლად. ასეთ გაფრენებს იმდენად ის მნიშვნელობა კი არა აქვთ, რომ მცენარე განზე, შორს გაავრცელოს, რამდენადაც — ჩათესლოს ის ციცაბო ფერდობების და კლდეების ლავგარდანებზე და ნაპრალებში, სადაც თესლი სხვა გზით ვერ მოხვდებოდა. ჰორიზონტალურა მდინარე ჰაერის მასებს კი ჰაერში მოფარფატე ნაყოფი და თესლეული ფრიად დიდ მანძილზე გადააქვს.
ზოგიერთ მცენარეებში თესლი ფრთებს და პარაშუტს ინარჩუნებს მანამდე, სანამ ის ფრენაშია. მაგალითად, ბრტყელ-ეკალას თესლი ჰაერში მშვიდად დასცურავს, სანამ რაიმე დაბრკოლებას არ წააწყდება, მაგრამ, როგორც კი რაიმე დაბრკოლებას შეხვდება, თესლი პარაშუტს მოსცილდება და მიწაზე ეცემა. ამიტომაა, რომ ბრტყელეკალა უმთავრესად კედლებსა და ღობეების გასწვრივ გვხვდება. არის ისეთი შემთხვევებიც, როდესაც თესლი მუდმივ პარაშუტზეა მიმაგრებული".
ნახ. 36 და ნახ. 37 გამოსახულია ნაყოფი და თესლი, პლანერებით მომარაგებულნი.
უნდა ითქვას, რომ მცენარეთა პლანერები მრავალმხრივ უფრო სრულყოფილნი არიან, ვიდრე ადამიანის ხელით გაკეთებული. მათ შეუძლიათ თავის საკუთარ წონასთაან შედარებით გაცილებით უფრო მეტი ტვირთი ასწიონ. ამის გარდა მცენარეულ აეროპლანს ავტომატური მდგრადობის თვისება აქვს: ინდური ჟასმინის თესლი რომ გადააბრუნოთ, ის თავისით უკანვე გადმობრუნდება და გამოზნექილ მხარეს ქვეშ მოიქცევს; თუ ფრენის დროს თესლი რაიმე დაბრკოლებას წააწყდება, ის წონასწორობას არ დაჰკარგავს და მოწყვეტით კი არ ჩამოვარდება, არამედ ლივლივით დაეშვება ძირს.
პარაშუტისტის გახანგრძლივებული ნახტომი[რედაქტირება]
აქ მაგონდება საპარაშუტო სპორტის ჩვენი ოსტატების გმირული ნახტომები, როდესაც ისინი პარაშუტის გაუხსნელად უდიდესი სიმაღლიდან ძირს ეშვებიან. ისინი მხოლოდ გზის უმეტესი ნაწილის ჩამოქროლვის შემდეგ გამოჰკრავდენ ხოლმე თითს პარაშუტის რგოლს და უკანასკნელ რამდენიმე ასეულ მეტრს-ღა ეშვებიან ლივლივით პარაშუტით. ევდოკიმოვი 1934 წელს 8 კილომეტრის სიმაღლიდან ასე გადმოეშვა და "გახანგრძლივებული" ხტომის მსოფლიო რეკორდი დაამყარა.
ბევრსა ჰგონია, რომ პარაშუტის გაუხსნელად, "ქვასავით" წამოსული ადამიანის ძირს დაშვება ხდება ისე, როგორც ცარიელ სივრცეში. ეს რომ ასე იყოს და ადამიანის სხეულის ვარდნა ჰაერში ხდებოდეს ისე, როგორც სიცარიელეში, მაშინ გახანგრძლივებული ნახტომიც გაცილებით უფრო ნაკლებ დროს გაგრძელდებოდა, ვიდრე ეს სინამდვილეში ხდება და ხტომის დასასრულში განვითარებდა უშველებელ სიჩქარეს. მაშინ ევდოკიმოვი 7900 მეტრს ჩამოიქროლებდა სულ რაღაც 40 წამში და მისი გაქანების სიჩქარე მიაღწევდა 400 მეტრს წამში. ევდოკიმოვმა კი ეს მანძილი პარაშუტის გაუხსნელად 142 წამში გაიარა და დასასრულში აღნიშნულზე 7-8 ჯერ ნაკლები სიჩქარე განავითარა.
განსხვავების მიზეზი ცხადია: ჰაერის წინაღობა ხელს უშლის სიჩქარის ზრდას. გახანგრძლივებული ხტომის დროს, პარაშუტისტის სხეულის სიჩქარე მატულობს მარტო პირველი ათეული წამის განმავლობაში, პირველი ასეული მეტრების მანძილზე. სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ისე მნიშნელოვნად მატულობს ჰაერის წინაღობა, რომ საკმაოდ მალე დგება ის მომენტი, როდესაც სიჩქარე აღარ მატულობს და აჩქარებული მოძრაობა თანაბარზომიერში გადადის.
ჩვენ შეგვიძლია სათანადო გამოთვლები მოვახდინოთ და მექანიკის თვალსაზრისით წარმოვიდგინოთ გახანგრძლივებული ხტომის ზოგადი სურათი. პარაშუტისტის აჩქარებული ვარდნა მხოლოდ პირველი 12 წამში გაგრძელდება ან ცოტა ნაკლებ დროს, იმისდა მიხედვით თუ მისი სხეული რას იწონის. ამ ათეული წამის განმავლობაში იგი დაეშვება 400-450 მეტრზე და მიაღწევს სიჩქარეს — დაახლოებით 50 მეტრს წამში. მთელ დანარჩენ გზას კი უკვე მიღწეული სიჩქარით და თანაბარი მოძრაობით გაივლის.
წვიმის წვეთებიც დაახლოებით ასევე ეცემიან. განსხვავება მხოლოდ იმაშია, რომ წვიმის წვეთის ვარდნის პირველი პერიოდი, როცა სიჩქარე ჯერ კიდევ მატულობს, გრძელდება სულ რაღაც ერთ წამში ანდა უფრო ნაკლებსაც. ამიტომ წვიმის წვეთების საბოლოო სიჩქარე იმდენად დიდი როდია, როგორც პარაშუტისტის გახანგრძლივებული ხტომის დროს: იგი მერყეობს 2-დან 7 მეტრამდე წამში და დამოკიდებულია წვეთის სიდიდეზე.
ბუმერანგი[რედაქტირება]
პირველყოფილი ადამიანის ეს ორიგინალური იარიღი — იმდროინდელი ტექნიკის ყველაზე უფრო სრულქმნილი ნაწარმოები-დიდხანს იწვევდა მეცნიერებში გაკვირებას. მართლიც და, მის უცნაურად მიხვეულ-მოხვეულ მოძრაობას ჰაერში, შეუძლია პირდაპირ საგონებელში ჩააგდოს ადამიანი (ნახ. 38).
ამჟამად ბუმერანგის ქროლვის თეორია საკმაოდ დაწვრილებითაა დამუშავებული და საკვირველებაც გაქარწყლდა. ამ საინტერესო საკითხს ჩვენ აქ დაწვრილებით არ გავარჩევთ. ვიტყვით მხოლოდ, რომ ბუმერანგის ქროლვის არაჩვეულებრივი გზა წარმოადგენს სამი გარემოების ურთიერთქმედების შედეგს: 1) საწყისი ტყორცნის, 2) ბუმერანგის ტრიალის და 3) ჰაერის წინაღობისას. ავსტრალიელმა ინსტიქტურად იცის ამ სამი ფაქტორის შერწყმა. იგი ოსტატურად სცვლის ბუმერანგის დახრის კუთხეს, ტყორცნის ძალასა და მიმართულებას, რომ მიიღოს სასურველი შედეგი.
თუმცა ამ საქმეში ასე თუ ისე დახელოვნება ყველას შეუძლია.
ოთახში სავარჯიშოდ უნდა დავკმაყოფილდეთ ქაღალდის ბუმერანგით, რომელიც შეგიძლიათ გამოსჭრათ თუნდაც საფოსტო ბარათიდან, როგორც ნაჩვენებია 39-ე ნახატზე. ყოველი ტოტის სიგრძე 5 სანტიმეტრამდე უნდა იყოს და სიგანე კი ერთ სანტიმეტრზე ცოტა ნაკლები. ქაღალდის ასეთი ბუმერანგი დაატანეთ ცერის ფრჩხილში და წვეროში გაჰკარით წკიპურტი ისე, რომ ბიძგი მიმართული იყოს წინ და ცოტა ზევეთ.ბუმერანგი გაიფრენს ხუთიოდე მეტრს, მდოვრედ მოხაზავს საკმაოდ დახლართულ მრუდს და, თუ ოთახში რაიმე საგანს არ წამოედო, ისევე თქვენს ფეხებთან დაეცემა.
ცდა უფრო მარჯვედ ჩატარდება, თუ ბუმერანგს გააკეთებთ 40-ე ნახატზე ნამდვილ სიდიდეში ნაჩვენები ზომისა და მოყვანილობისას. უკეთესი იქნება, თუ ბუმერანგის ტოტებს ოდნავ ხრახნისებურად მოღუნავთ (ნახ. 40 ქვევით). ასეთი ბუმერანგი, ხელის ერთგვარი გაწაფვის შემდეგ, ჰაერში რთულ მრუდებს აკეთებს და გატყორცნის ადგილს უბრუნდება.
დასასრულს უნდა აღვნიშნოთ, რომ ბუმერანგი სრულიადაც არ შეადგენს მარტო ავსტრალიის მკვიდრთა შეიარაღების თავისებურებას, როგორც ეს ჩვეულებრივ ჰგონიათ. იგი იხმარებოდა ინდოეთის სხვადასხვა ადგილებში და, როგორც სჩანს კედლის ფერწერის ნაშთებიდან, ასურეთის მხედრობის ჩვეულებრივი აღჭურვილობაც ბუმერანგი ყოფილა (ნახ. 41). მას ძველ ეგვიპტესა და ნუბიაშიაც იცნობდნენ. ერთარდერთი, რაც დამახასიათებელია განსაკუთრებით ავსტრალიისათვის, — ესაა ბუმერანგის ოდნავი ხრახნისებური გადაღუნვა. აი, ამის გამოა, რომ ავსტრალიური ბუმერანგი ჰაერში აკეთებს უცნაურად დაკლაკნილ მრუდს და, აცდენის შემთხვევაში, უკანვე ბრუნდება მტყორცნელის ფეხებთან.