№ 90. Почему ездит машина?

Хорошо известно, что привести тело в движение, выведя из состояния покоя, может только внешняя «тянущая» или «толкающая» его сила. Но стоит движению начаться, как тут же вступают в игру другие силы сопротивления (как минимум сопротивление воздуха, сила тяжести), и если воздействие внешней силы будет слабым или прекратится, движение прекратится тоже. Одна из внешних сил, например (с ее помощью мы ходим), – сила трения. Она возникает между поверхностью нашей обуви, прижатой силой нашей тяжести к земле, и поверхностью, по которой мы собираемся передвигаться.

Обратимся к простейшему и наглядному эксперименту. Поставленная на горизонтальную поверхность неподвижная деревянная катушка сама по себе не покатится. А вот та же катушка, но закрученная на карандаше поведет себя иначе. Если ее, вращающуюся вокруг горизонтальной оси, аккуратно поставить на шероховатый стол и в момент касания поверхности быстро вынуть карандаш, то катушка покатится по столу: соприкасающаяся со столом часть катушки будет отталкиваться от него силой трения, природа которой в «зацеплении» мелких неровностей движущегося обода катушки о неподвижные мелкие выступы реальной поверхности.

На гладком столе катушка в основном будет скользить на месте.

А теперь вспомним, как мы ездили на трехколесном велосипеде (в случае двухколесного нам бы пришлось еще отвлекаться на обсуждение его устойчивости по вертикали). Сидя на велосипеде и нажимая ногами поочередно вперед-вниз на пару педалей, мы приводим во вращение звездчатое колесо, на оси которого и сидят педали. А так как это звездчатое колесо при помощи цепи связано с парой задних колес, они тоже приводятся во вращение. Как и катушка из предыдущего эксперимента, вращающиеся задние колеса из-за действия сил трения толкают велосипед вперед. А можно ли придумать какой-то способ заставить колеса велосипеда вращаться без приложения наших мускульных усилий?

Ответ в истории науки найден давно. Нужно, очевидно, в конструкции велосипеда заменить педали двигателем (это может быть как электрический мотор, так и двигатель внутреннего сгорания, в цилиндрах которого периодически происходят резкие сжигания – «взрывы» топлива, заставляющие поршни совершать внутри цилиндров челночные движения). А уже затем вращение мотора или поступательное движение поршней двигателя вверх-вниз передается паре ведущих колес. Использование поршней работающего двигателя (вместо педалей) для вращения колес и обеспечит движение велосипеда, превращая одновременно последний в «самоход» – автомобиль. Чтобы превратить циклические перемещения подвижных частей двигателя во вращательное движение ведущих колес, была придумана специальная инженерная система – трансмиссия, простейшей версией которой и являются звездчатое колесо и цепь велосипеда.

Пришло время оглянуться назад. Совсем незаметно мы с вами, привлекая не самые невероятные знания по физике, по крайней мере мысленно и в принципе (в этом и состоит работа ученого-теоретика) сформулировали, как превратить нашу детскую забаву – велосипед в известное всем самоходное устройство – автомобиль. Поехали… кто на чем.

Сергей Кротов, физик