Техника - молодёжи 1937-08, страница 36
Упругие шйевйния Лет тридцать назад в тогдашнем Петербурге был мост через реку Фонтанку. Мост этот был цепным, т. е. поддерживался двумя огромными цепями. Назывался он Египетским. Однажды через этот мост проходил эскадрон гвардейской кавалерии. Отлично обученные лошади твердо отбивали шаг, и мост начал раскачиваться. Размахи моста делались все больше и больше. Наконец, цепи лопнули, и мост обрушился в реку вместе с находившейся на нем кавалерией. Замечательно, что часто через этот же мост перевозили шестидюймовые орудия и зарядные ящики артиллерийских частей, расквартированных поблизости. Орудия эти весили гораздо больше, чем ' проходившая по мосту кавалерия, а между тем мост выдерживал их вес и разрушился при, ритмичном проходе через него нескольких лошадей. Случай этот далеко не единичный. История знает несколько разрушений мостов, особенно цепных, когда по ним проходили шагающие в ногу войсковые части. И все эти мосты отличались тем, что легко выдерживали огромную нагрузку и разрушались при нагрузке значительно меньшей, но двигавшейся с определенным ритмом. Недаром поэтому теперь при прохождении войсковой части через мост подается команда «сменить ногу». Что же, собственно, происходило с мостом и отчего он разрушился? Наука говорит нам, что мост разрушился от возникших в нем коле? баний. Естествецно, для того чтобы уяснить сущность этого явления, необходимо разобрать его элементы. Само явление колебаний постоянно встречается в окружающих нас сооружениях, машинах, приборах, и самый простой пример его представляет маятник обыкновенных стенных часов. Маятник этот, минуя свое положение равновесия, поднимается вверх, двигаясь по некоторой кривой. Дойдя до крайнего верхнего положения, он начинает двигаться обратно к своему положению равновесия и, пройдя его, снова начинает подниматься, но уже в другую сторону. Другими словами, маятник совершает «ряд последовательных отклонений от положения равновесия»; Этими словами чрезвычайно полно определяется явление колебаний. Опыт учит нас, что такие колебания происходят во всяких инже- НРПНЫу Проф. Е. ЛУНЦ Дабы уяснить себе, в чем тут дело, представим себе заделанную одним концом в стенку тонкую линейку, на свободном Конце которой укреплен небольшой груз. Если пальцем отвести груз от положения равновесия и затем предоставить самому себе, то груз этот вместе с линейкой начнет двигаться, отходя от положения равновесия то вверх, то вниз, т. е. испытывать колебания.' Правда, размахи такой линейки — отклонения ее от положения равновесия — будут становиться все меньше и меньше. Через некоторое время они прекратятся, «затухнут», но во всяком случае колебания линейка, испытает. Если рместо линейки вообразить себе вделанную в стену стальную прокатную балку, также несущую на конце груз, то эта балка будет испытывать колебания, вполне аналогичные колебанию линейки. Единственная разница в том, что колебания линейки будут видны простым глазом, а колебания балки могут наблюдаться только с помощью особых приборов, так как размахи конца балки будут очень малы. Прекрасный пример колебания упругого тела представляет вертикально подвешенная пружина с грузом на конце. Если потянуть груз вниз, а потом отпустить, то груз начнет совершать вертикальные перемещения, колебаться. Почему же, собственно, груз, прикрепленный к концу пружины, стал колебаться? Причина заключается в свойствах самой пружины. В самом деле, основное свойство пружины есть стремление сохранять неизменной свою первоначальную длину. Если попробовать растянуть пружину, то, как только вы ее отпустите, она начнет сокращаться до тех пор, пока размер ее не станет прежним. Если же вы, наоборот, сожмете пружину, то, предоставленная самой себе, она начнет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет прежней величины. Колебания именно так и происходят: груз, резко выведенный из положения равновесия, будет самой природой пружины возвращаться в положение равновесия. При этом в положение равновесия он придет не сразу, а только после того, как сделает несколько отклонений от своего положения равновесия. Оказывается, что все тела, из которых сооружаются здания, машины и приборы, обладают свойством пружинить. Иначе говоря, им присуща упругость, только различные чтожна, по сравнению с ними упругость стали или дерева очень велика. А если это так, то стоит нам вывести из положения равновесия любое упругое сооружение, и оно станет совершать колебания, совершенно так же, как пружина. Разница будет в величине отклонений от положения равновесия, сами же явления принципиально отличаться друг от друга не будут. Если мы по тонкой доске' переходим через канаву, то доска явно колеблется под нашими ногами: величина раз-махов колебания такова, что .мы их' явно ощущаем и видим. Если тот же человек переходит по мосту через Москва-реку, то мост, представляющий по существу огромную доску или балку, также колеблется под его ногами, как и в первом случае, но только размахи моста ничтожно малы и не ощутимы. Однако принципиальной разницы туг нет —разница только количественная. Итак, всякое упругое сооружение (а все сооружения упруги) испытывает колебания во время своей работы. Подчиняются ли эти колебания определенным законам и известны ли нам эти законы? Основные законы колебаний были открыты более трехсот лет назад одним из величайших ученых всех времен и народов, Галилео Галилеем. Однажды, слушая мессу в Фло-рентинском кафедральном соборе, Галилей обратил внимание на качания паникадила, свисавшего из высокого купола собора, подобно Отклонения линейки с грузом на конце вверх и вниз от исходного положения происходят совершенно так же, как и колебания маятника. v О О Маятник совершает разма- д хи вправо и влево i ^...-У^*" от положения'' равновесия. Рас- \ стояние между крайним левым и крайним правым положениями маятника называется амплитудой колебания. Время, в которое маятник перемещается из одного крайнего положения в другое, называет 1? ' /' I ' II I' 'it! V W |
