Почему мячик прыгает, а кубик — нет? Сказка об упругости и форме

Лёша сидел на полу в своей комнате и играл. Он бросил на пол резиновый мячик — тот весело подпрыгнул и отскочил к шкафу. Потом Лёша бросил деревянный кубик — тот лишь глухо стукнулся и неподвижно замер на месте.

— Папа! — позвал Лёша. — Посмотри, мячик прыгает, а кубик — нет. Они же оба упали! В чём секрет?

Папа отложил книгу и подошёл.

— Отличное наблюдение! Секрет кроется в двух вещах: в том, из чего сделаны игрушки, и в их форме. Давай проведём маленькое расследование.

Папа взял мячик и сжал его в руках.

— Видишь, мячик мягкий, его можно немного сжать. Он сделан из упругого материала — резины или специальной пластмассы. Упругость — это способность материала сжиматься или деформироваться под действием силы, а потом возвращать свою форму. Когда мячик ударяется о пол, он сплющивается в месте удара, как будто делает вдох и задерживает воздух внутри. А потом, распрямляясь с огромной скоростью, он с силой отталкивается от пола — вот он и подпрыгивает! Это похоже на то, как если бы ты прыгнул на батуте: сетка прогибается, а потом выталкивает тебя вверх.

— А кубик?

— А теперь возьми кубик, — сказал папа. Лёша сжал деревянный кубик изо всех сил, но тот даже не подался. — Кубик сделан из дерева. Дерево — твёрдый, но не упругий материал. Когда кубик падает, он почти не сжимается. Вся энергия от падения уходит на то, чтобы стукнуть, нагреть место удара и создать звук (вот этот глухой «тук»). У него нет «пружинки» внутри, чтобы оттолкнуться обратно. Он просто принимает удар и останавливается.

— Но ведь металл тоже твёрдый, а пружина прыгает! — вспомнил Лёша.

— Верно! — обрадовался папа. — Потому что пружина сделана не просто из металла, а из особой стали и имеет специальную форму, которая позволяет ей сжиматься и разжиматься. Значит, важна не только твёрдость, но и внутренняя структура материала.

А теперь о форме.

— Почему мячик круглый? — спросил папа.

— Чтобы катиться...

— И чтобы прыгать! — добавил папа. — У мячика нет углов. Когда он падает, он касается пола одной маленькой точкой, и сила удара распределяется равномерно по всей его оболочке, помогая ему сжаться и отпружинить.

Он показал на кубик.

— А у кубика есть острые углы и плоские грани. Когда он падает, он часто ударяется углом или всей гранью сразу. Энергия удара уходит на то, чтобы перевернуть его или заставить скользить. У него нет возможности собрать силу для толчка вверх. Представь, что ты прыгаешь на одной ноге, согнув её (это как мячик). А теперь попробуй прыгнуть, стоя на прямых, негнущихся ногах (это как кубик). Получится?

— Нет! — засмеялся Лёша.

— Вот видишь! Мячик — как твои согнутые ноги: упругий и готовый к прыжку. Кубик — как прямые палки. Поэтому один отскакивает, а другой — нет.

Чтобы закрепить урок, папа предложил провести эксперимент. Они взяли кусок пластилина. Лёша скатал из него шарик и бросил — он почти не прыгнул.

— Пластилин мягкий, но не упругий, — пояснил папа. — Он не возвращает форму, а остаётся деформированным. Поэтому он не прыгает.

Потом они нашли маленький резиновый кубик. Бросили — он подпрыгнул, но не так высоко, как круглый мячик.

— Видишь, материал упругий, но форма не очень способствует прыжку. Значит, для лучшего прыжка нужно и то, и другое: упругость и круглая форма!

Лёша был в восторге от таких открытий. Теперь, играя, он не просто бросал игрушки, а с интересом предсказывал, что будет прыгать, а что — нет. И когда его младшая сестрёнка спросила, почему её плюшевый мишка не прыгает, Лёша важно объяснил:

— Потому что он мягкий и пушистый, но не упругий. Он принимает удар в свои объятия, как подушка, и остаётся лежать. А чтобы прыгать, нужно быть круглым и упругим, как наш мячик!

И он показал ей самый лучший, самый высокий прыжок резинового мяча, зная теперь точно, какая наука помогает ему это делать.