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.