Интерактивная научная площадка в парке «Белые ночи» — место, где законы физики и математики можно увидеть в действии. Это демонстрируют маятники и крутящиеся элементы. Правда, об этом известно не всем. 

Редакция попросила учителя физики школы №3 В.В.Сагитову показать на интерактивных конструкциях, как действуют законы, и рассказать, как их использует человек.

МАЯТНИК МАКСВЕЛЛА

— У каждого ведь есть знаменитая игрушка йо-йо? Все знают, как она работает? — спрашивает учитель. 

Ребята дружно кивают.

— Я знаю! — первым откликнулся Егор и показал рукой, как игрушка сначала раскручивается, а после возвращается в исходное положение.

— А ещё её можно вот так запускать! — подключается Фёдор.

Августа тоже не удержалась, начинает показывать, как запускают йо-йо.

— Вот установка, которая работает так же. Называется маятник Максвелла.

Перед ребятами высокий металлический каркас. Между двумя вертикальными стойками на двух прочных лентах подвешен стержень, ось, на которой тяжёлый диск. 

— Чтобы привести установку в движение, диск поднимают руками вверх, — показывает Виктория Васильевна. При этом ленты несколько раз наматываются на ось.

Затем учитель маятник отпускает. Под тяжестью своего веса диск плавно опускается, раскручивая ленты и всё быстрее вращаясь вокруг своей оси.

Когда достигает нижней точки, по инерции вращение продолжается, ленты начинают наматываются обратно на ось, и маятник поднимается вверх. Затем движение вниз повторяется снова. Только с каждым разом высота подъёма становится меньше, пока маятник полностью не остановится.

— Что мешает маятнику каждый раз подниматься на одну высоту?

— Воздух! — предположила Настя.

— Может, ленты? — спрашивает Егор.

— Верно. Часть энергии теряется из-за силы трения. Если бы трение было совсем небольшим, у нас получилось бы почти бесконечное йо-йо, — объясняет учитель.

Маятник Максвелла показывает, как один вид энергии превращается в другой. Пока диск вверху неподвижен, он обладает запасом потенциальной энергии — её создаёт высота, на которой находится груз. Стоит отпустить маятник, потенциальная энергия превращается в кинетическую — энергию движения и вращения. Затем происходит обратный процесс. При подъёме кинетическая энергия снова превращается в потенциальную. Часть энергии каждый раз теряется из-за трения и сопротивления воздуха, поэтому следующий подъём оказывается немного ниже предыдущего.

С этим явлением мы сталкиваемся в повседневной жизни. По такому принципу движутся качели, маятниковые часы. Если не прилагать новых усилий, любое такое движение постепенно прекращается.

Этот закон учитывают и инженеры при создании техники. Потери энергии возникают в двигателях, станках, конвейерах, турбинах и других механизмах с вращающимися деталями. Чтобы уменьшить трение и износ, применяют подшипники, специальные смазочные материалы и детали с высокой точностью обработки. Благодаря этому оборудование служит дольше и работает эффективнее.