Физика для малышей: игрушечный взрыв и закон Гука
Здесь сфотографировано то, чего, уверен, многим мальчишкам не хватало в детстве в игре в солдатики и все такое: игрушечный взрыв
Взрыв этот хотя и игрушечный по своим масштабам и последствиям, но с точки зрения строгой науки - абсолютно настоящий. Согласно википедии, взрыв - процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объёме за короткий промежуток времени. Тут это и происходит, только освобождается не ядерная энергия при расщеплении ядра, и не химическая при разрушении молекул тринитротолуола, а механическая энергия пластмассовой пружины при разрушении хрупкой оболочки из конструктора.
Сгибая вот это пластиковое кольцо, можно запасти немалую по игрушечным меркам энергию. Вместо кольца, как вы понимаете, может быть что угодно упругое - резинка, линейка, пружинка и т.п. Согнутое с силой кольцо встраивается в конструкцию из как можно более мелких кубиков (это будущие осколки) так, чтобы они едва могли его удерживать.
Вот и все. Теперь можно объявить эту конструкцию, например, логовом змея Горыныча и поставить оного на ее крышу. Теперь при малейшем попадании легкого кубика в конструкцию, пружина освободится, и придаст ускорение кубикам, зрелищно сметающим все в некотором небольшом радиусе от "эпицентра".
Скорость и направление разлета осколков намного превосходят те, что мог бы обеспечить импульс прилетевшего кубика, что для ребенка не остается незамеченным. Естественно, ребенку хочется посмотреть как взорвутся все более сложные и крупные мишени из большого количества элементов. Но тут обнаруживаестя, что чем больше всего нагорожено вокруг пружины, тем меньше скорости приобретают обломки.
Теперь некоторые из них лежат неподалеку от эпицентра. И ребенку самому интересно, почему так. Тогда начинаются поиски от чего зависит сила взрыва, как ее сделать достаточной для эффектного разрушения большого здания. В результате чего открывается в качественном виде закон Гука, т.е. то что чем сильнее согнешь пружину, тем больше в ней запасено энергии. А также и другие законы - как зависит высота и дальность разлета осколков от их массы, то что они разлетаются всегда более-менее симметрично, и многое другое:
Тут указана и формула с пределом прочности и это не случайно. В конце концов, в безудержной погоне за mv2, было настолько увеличено x, что F превысило p-сигму и кольцо сломалось.
Все это ребенок интуитивно усваивает, хотя и не имеет понятия об определениях и формулах.
Кстати, стрелять по змеям интереснее тоже с помощью упругих элементов, в качестве которого в нашем эксперименте выступала пластиковая вешалка. Жаль что я не догадался сфотографировать самозарядную пушку, когда-то собранную из таких же конструктора и пластикового кольца что и в мишени. Там одним движением "затвора" производился перезаряд пружины и ее спуск для удара по кубику-снаряду, т.е. требовалось только подкладывать кубики и двигать затвор вперед-назад.
Вот видеоролик, демонстрирующий все это безобразие в движении:
Click to view