История стального шарика
... Я думаю, никогда еще в мире, за всю его историю, труд не обнаруживал так ярко и убедительно своей сказочной силы, преобразующей людей и жизнь, как обнаруживает он эту силу в наши дни, у нас, в государстве рабочих и крестьян.
М. Горький
Глава первая. Неодолимая сила
Польза и вред от трения
Огонь!
Головка спички трется о коробку. Вспыхивает огонек. Искра в зажигалке получается от того, что зубчатое колесико трется о маленький камешек. О кресало (кремень) ударяют железом, высекают искру.
Во всех этих случаях огонь получен трением одного твердого тела о другое.
Невозможно установить, когда люди начали добывать огонь. Вероятнее всего, это было связано с обработкой камня и дерева. Все первобытные способы добывания огня сводились к трению или высеканию.
Открытие огня - важнейшая веха в развитии человеческой культуры.
Огонь - первая сила природы, использованная человеком. Умение добывать огонь окончательно оторвало людей от животного царства и стало основой многих дальнейших открытий. Однако ни одно из них не может сравниться с покорением огня.
Огонь существует и нередко возникает в самой природе, и всегда родоначальником огня бывает трение: от трения сухих веток дерева друг о друга получается вспышка, от трения облаков возникает молния.
Итак, трение дало нам огонь и принесло человеку величайшую пользу. Но это не единственное благо, которым оно нас одаряет.
Вообразим, что трение каким-то образом исчезло. Спички не только перестанут зажигаться - мы не сумеем их взять в руки, мы не сможем подойти к столу или шкафу, где лежат спички. Потому что и стол, и шкаф, и все окружающие нас предметы начнут беспорядочно двигаться, перемещаться. Наступит настоящий хаос. В самом деле, присмотримся к тому, что происходит вокруг нас.
Каждый знает, что, когда ступаешь на гладкий лед, ноги скользят назад. Почему это происходит? Потому, что подошвы обуви недостаточно сцепляются с поверхностью льда. А если бы не было трения, то между нашими ногами и земной поверхностью не было бы никакого сцепления и мы повисли бы в воздухе.
Лошадь запряжена в сани. Если лошадь плохо подкована, она скользит и не только не способна тянуть сани, но и сама теряет равновесие. Достаточно, однако, подковать лошадь, и все пойдет на лад. Сила трения придаст лошади устойчивость, лошадь натянет постромки, и сани начнут передвигаться. Чтобы взаимодействие лошади и саней было наиболее благоприятным, необходимо, чтобы сила трения копыт лошади о поверхность дороги была больше, чем сила трения, действующая со стороны земли на сани. Поэтому лошадей подковывают, а сани ставят на железные полозья, тогда они легче скользят.
Исчезни трение, все машины окажутся непригодными, так как между их составными частями не будет никакой взаимосвязи. Например, экскаватор не сможет набрать в ковш породу, уголь или руду, да его нельзя будет и привести в действие.
Стоит исчезнуть силам трения, и все остановится, или, точнее, все начнет двигаться в неизвестном направлении. Порядок в мире нарушится.
Трение, правильнее сила трения, удерживает предметы на местах, сохраняет порядок и внешнюю взаимозависимость различных частей окружающего мира. Но трение доставляет человеку и много забот. С первого взгляда может даже показаться, что оно приносит нам лишь одни неприятности.
В раннюю пору развития человеческой культуры трение больше всего сказывалось при перемещении тяжестей. Не меньше затруднений приносило оно человеку и позднее, когда были достигнуты первые успехи в механике и появились рабочие машины. Силы трения всегда возникают при непосредственном соприкосновении двух каких-либо тел. Словно прожорливое животное, трение поедает массу энергии, которая с таким трудом достается человеку.
Издавна люди мечтают о создании так называемого «вечного двигателя» (по-латыни перпетуум-мобиле). Многим изобретателям казалось, что они уже совсем близки к цели, но «вечный двигатель» переставал быть вечным и раньше или позже останавливался. Продолжительность действия «вечного двигателя» зависела от того, насколько тщательно он был сделан и насколько удавалось ослабить влияние трения в местах сопряжения отдельных узлов двигателя. Но совсем избавиться от сил трения, избежать огромных затрат непроизводительного труда, оказалось невозможным. И так как «вечный двигатель» новой энергии ниоткуда не получал, он переставал действовать.
В октябре и ноябре 1957 года и в мае 1958 года Советский Союз впервые в мире запустил в космическое пространство три спутника Земли. С огромной, фантастической быстротой они стали вращаться вокруг Земли, Начальная сила, которая привела их в движение, получена от ракетных двигателей. Спутники вращаются в сфере, где воздух крайне разрежен. Все же и там, хотя и очень слабо, действует сила трения. Это в конечном счете привело к тому, что первые два спутника начали снижаться, они попали в плотные слои атмосферы, где от трения нагрелись и сгорели.
Третий спутник еще продолжает свое движение, но и его ждет та же участь.
Как преодолеть силы трения
Над этим вопросом люди начали думать очень давно. Человек, как только он стал человеком, ощутил потребность в перемене мест, в передвижении. Чтобы легче пробираться по чащам лесов, по джунглям, люди нередко пользовались (впрочем, как это и сейчас делают отсталые племена) тропинками, протоптанными стадами диких животных. Вещи переносились при помощи палки. Положив палку на плечи и привязав к ней добычу, охотники возвращались в свои селения. Но имущество людей постепенно увеличивалось, им приходилось переносить все большие тяжести. Появилась волокуша, или древнерусское водило - два расходящихся шеста, соединенных перекладиной. Волокуша была широко распространена также у североамериканских индейцев. Однако с ее помощью можно было перевозить тяжести только на короткие расстояния. Слишком много сил человек должен был затратить на преодоление силы трения. Большие расстояния преодолевались преимущественно по воде. Недаром древнейшие географы проявляли большой интерес к рекам.
Люди искали новые средства, чтобы ослабить силы трения и тем облегчить труд по передвижению тяжестей. Они начали это делать задолго до того, как распознали природу сил трения, научились измерять и учитывать эти силы.
В давние времена были известны лыжи, коньки, сани. Эскимосы делали коньки из кости.
Одним из средств уменьшения силы трения было круглое бревно - каток, который подкладывали под перемещаемые предметы. Вместо того, чтобы волочить тяжести по земле, начали катать их. Катки стали применять на строительстве египетских пирамид. Это была счастливая догадка, смысл которой вряд ли тогда был понят. Уже в более поздние времена наука стала разграничивать трение скольжения и трение качения. Применив каток, человек сделал первую попытку перейти от трения скольжения к трению качения.
Наскальное изображение лучника на лыжах и преследуемого им лося.