Делаем выводы

Что мы узнали, проведя наши эксперименты? Когда человек волочит по земле за хвост тушу саблезубого тигра, он преодолевает силу трения. Коэффициент пропорциональности между весом перетаскиваемого предмета и силой трения (его называют просто коэффициентом трения) обычно меньше единицы. Для таких материалов, как дерево, металл, гладкая земная поверхность, коэффициент трения почти всегда оказывается равным нескольким десятым долям (от 0,1 до 0,5). Пусть коэффициент трения тигра о землю равен 0,3. Сколько бы ни весил тигр, таща его за хвост, человек должен прикладывать силу, примерно в три раза меньшую веса тигра.
Подложим теперь под тигра катки. Перекатывая предмет по каткам, мы избавляемся от необходимости преодолевать силу трения. Правда, до сих пор мы обсуждали только один вид трения — трение скольжения. Дальше мы увидим, что при качении тоже возникает трение, но об этом пока можно забыть.
А если забыть о трении качения, заодно и о трении о воздух, то можно смело делать вывод, что для доставки туши тигра из пункта А в пункт Б по ровной горизонтальной поверхности и с постоянной скоростью, пользуясь катками, можно не затрачивать вообще никакой силы. Вернее, силу нужно затратить только в начальный момент, для того чтобы сообщить туше вместе с катками постоянную скорость или, как говорят физики, нужно затратить силу на преодоление инерции.
Казалось бы, задача решена и нам остается только аплодировать нашему гениальному предку. НО! История технического творчества человечества напоминает приключенческий роман. Как будто все начинает налаживаться, и вдруг возникает пресловутое НО. Творческая биография любого инженера может быть уподоблена пунктирной линии, только пунктир этот составлен не из точек, а из всевозможных больших и маленьких НО.
Итак, НО! Как мы убедились выше, каток перекатывается не только по земле (по стеклу, по линейке). Каток катится и по нижней поверхности перекатываемого предмета. Причем по этой поверхности он проделывает точно такой же путь, что и по земле.


Пусть длина туши тигра от головы до кончика хвоста составляет, скажем, три метра. Тогда, если в данный момент мы подкладываем каток где-то в районе хвоста, то, после того как мы продвинемся с нашим грузом, таща его за хвост, на три метра, каток выкатится из-под головы. Каток надо поднять, отнести на три метра вперед и подложить под хвост. Затем все сначала: три метра каток катится по земле, на три метра мы его переносим.
Легко сообразить, что каждый каток приходится нести на руках ровно половину дороги. А если катков пять, то оказывается, что с катком в руках человек совершает путь, в два с половиной раза больший, чем расстояние от пункта А до пункта Б.
Попробуем высказаться несколько четче. Имеется абсолютно горизонтальная плоскость и на ней две точки: пункт А и пункт Б. В пункте А лежит свеженькая туша саблезубого тигра. Требуется переправить эту тушу из пункта А в пункт Б.
Мы знаем три различных способа решения задачи. Первый —  взваливаем тушу на плечи и идем по направлению к пункту Б.
Второй — тащим тигра за хвост. Пользуясь этим способом, на всем пути от пункта А до пункта Б мы будем преодолевать силу трения, равную весу туши, помноженному на коэффициент трения. Мы уже установили, что эта сила примерно в три раза меньше силы веса.
Способ третий — подкладываем под тигра катки. Точки катка, соприкасающиеся с поверхностью дороги и с поверхностью туши, остаются неподвижными относительно этих поверхностей. Следовательно, трение скольжения здесь отсутствует. Если не обращать внимания на трение качения (нам это очень просто хотя бы потому, что мы не знаем еще о его существовании), то в данном случае от нас потребуется лишь затрата усилий на преодоление инерции самой туши и катков. Мы можем даже еще упростить решение.
Представьте себе, что масса катков настолько мала по сравнению с массой туши, что на нее можно не обращать внимания. Следовательно, грубо говоря, тушу вообще не надо тащить из пункта А в пункт Б. Достаточно толкнуть ее в нужном направлении.
Так в чем же дело? Почему бы не остановиться на этом третьем способе? Только потому, что катки постоянно выкатываются из-под туши. Надо подхватывать их и по возможности бегом обгонять движущийся груз и снова подкладывать спереди. Мы уже установили, что пробежать с катками в руках придется расстояние, в два с половиной раза превышающее расстояние от пункта А до пункта Б (если катков пять штук). Ничего не поделаешь, придется думать дальше.


Потомки каменного топора