Чому голка колюча
Здавалося б це питання настільки просте і відповідь на нього настільки очевидна, що його не варто було б і розглядати. Проте розберемося в деталях у цьому предметі. Відомо, що тупим цвяхом навіть картонку проткнути часом не виходить. Хоча сила, що додається, та сама. У чому секрет гострого предмета, наприклад, звичайного цвяха чи швейної голки? Голка новорічної ялинки колеться з тієї ж причини, що буде розкрита нижче. Високі технології впевнено панують, привертаючи до себе загальну увагу. А тим часом непомітними залишаються цікаві факти. Фізичні факти, на застосуванні яких ґрунтується вся наша цивілізація.
Вся справа у площі. У тупого цвяха площа «вістря» більша і, відповідно, сила розподіляється по більшій поверхні. А у гострого площа вістря мінімальна, і всі зусилля, що прикладаються до неї, зосереджені на її супертонкому вістря.
Селяни знають, що чим менше у борони зубів, тим глибше вона зоре ґрунт. Причина такої поведінки сільгоспінвентарю полягає в тому, що чим менше зубів, тим більше навантаження припадає на кожен зубець борони.
Однієї сили недостатньо. Велику роль грає також площа, до якої докладається зусилля. Достатньо навести простий приклад. Якщо відомо, що працівник отримує 100 тисяч рублів, то не можна сказати, наскільки це багато. Адже може йтися як про річну, так і про місячну заробітну плату. З силою справа так само: одне і те ж зусилля може прикладатися до площі в цілий квадратний сантиметр або в одну соту квадратного міліметра.
Найвідоміший приклад: лижі. На них людина здатна триматися на пухкому снігу, в який він провалиться, якщо взутий у звичайні черевики. Вже зрозуміло, що всесправа в площі, яка у лиж значно більша, ніж у черевиків навіть найбільшого розміру. А це означає, що вага людського тіла розподіляється на всю площу лиж, а не на порівняно невелику площу підошв черевика. Припустимо, що площа лиж двадцятикратно перевищує площу підошв зимового взуття. Це означає, що лижник чинить на поверхню пухкого снігу в двадцять разів менший тиск, ніж той, хто крокує білим покривом у черевиках. При цьому вага в обох може бути однаковою. Лижника сніг витримає, а пішохода нема.
З тієї ж причини кінь, якому доводиться працювати в болотистій місцевості, «взують» особливим чином. До її копит прив'язують спеціальні (як їх називають у народі) «черевики», які роблять більшу площу опори. А це означає, що знижується тиск на болото і ноги конячки не занурюються у болото. Слід сказати, що такі «болотоходи» використовуються і людьми. По недостатньо міцному льоду людина переміщається поповзом. Таким чином, його вага розподіляється по більшій площі. Це приклади ситуацій, коли необхідно збільшити площу опори. А от у випадку з голкою та цвяхом її треба, навпаки, зменшувати.
Гусеничний трактор, а тим паче танк, важать чимало. Але в пухкому ґрунті вони не вязнуть. Вся справа якраз у розподілі ваги цих масивних машин на велику площу гусениць. Восьмитонний гігант тисне на квадратний сантиметр ґрунту всього шістьма сотнями грамів. Спеціальне гусеничне авто для вантажних перевезень по болотах несе дві тонни поклажі, а тиск складає всього 160 грамів на квадратний сантиметр. Це дозволяє йому "триматися на плаву" в торф'яних болотах, вкритих піском просторах і топях.
Зі сказаного ясно, що вістря проколює лише завдяки незначності площі, по якій розподіляєтьсядія сили. Точно так само гострий ніж краще ріже, ніж тупий: сила зосереджується на меншому просторі.
Тепер ясно, що вістря цвяха або швейної голки з такою легкістю протикає матеріал тому, що площа вістря цих предметів вкрай мала. З цієї причини гострим ножем різати простіше, ніж затупленим. Адже сила, що додається кулінаром, вся концентрується на маленькій площі гострого леза. Площа тупого леза дещо більша. Іншими словами, гострі предмети ріжуть і протикають настільки добре тому, що на їх гострих закінченнях концентрується вся сила, яка прикладається до предмета.
Людство навчилося використовувати ці фізичні властивості. Тому, коли потрібно, силу тиску концентрують в одній мінімальній «точці». А коли потрібно, її розподіляють на максимально великій поверхні. Це реальний факт, а не міф чи припущення. І лише завдяки йому люди з давніх-давен навчилися шити одяг. Тому навіть найстильніші джинси несуть у собі частку розглянутої вище ідеї. Цей короткий огляд дозволяє ненадовго повернутись у минуле — у ті дні, коли людство з радістю відкривало нові фізичні закони. І теорія була цікавіша за практику.
За мотивами «Цікавої фізики» Я.І.Перельмана