Богданов К.Ю.

Как резать колбасу по законам физики?

 

Пытаясь отрезать кружочек колбасы, лежащей на столе, мы не только давим острием ножа, но и двигаем им туда-сюда в горизонтальном направлении. Почему? Вот один из вариантов ответа на этот вопрос.

 

Разрезая колбасу на кружочки, мы сталкиваемся с действием двух видов сил:

·       сил, препятствующих разрыву колбасы на части и

·       сил  трения колбасы о поверхности ножа.

 

Если мы просто давим ножом на колбасу с силой F_рез, то результирующая двух сил трения F_тр направлена вверх и существенно мешает процессу разрезания (см. рисунок внизу).

Чтобы избавиться от вертикально направленных сил трения F_тр и облегчить процесс разрезания, достаточно вспомнить известный опыт с наклонной плоскостью и лежащим на ней бруском. (см. рисунок внизу).

Всегда можно найти такой угол наклона плоскости, при котором брусок О оставался бы неподвижным. Однако стоит только потянуть брусок за голубую нить в горизонтальном направлении (О – Н), и он начнёт соскальзывать вниз по наклонной плоскости (в направлении О – V), как будто сила трения на время исчезла. Если мы перестаём тянуть за голубую нить в горизонтальном направлении, брусок останавливается и перестаёт соскальзывать вниз.

 

Объяснить происходящее легко, если вспомнить основной закон трения – сила трения не может быть больше kN, где k - коэффициент трения скольжения, а N – сила реакции опоры. Если мы тянем брусок за голубую нить в горизонтальном направлении, то сталкиваемся с сопротивлением максимальной силы трения, равной kN. Пока мы тянем брусок в горизонтальном направлении, в других направления сила трения уже действовать НЕ МОЖЕТ, иначе нарушался бы основной закон трения. Поэтому брусок начинает соскальзывать вниз, не испытывая действия силы трения в этом направлении.

 

Конечно, в описанном выше примере с бруском сила трения никуда не исчезает. Она просто меняет направление, ведь она всегда направлена в сторону, противоположную вектору скорости. Поэтому вертикальная проекция силы трения между колбасой и ножом (см. рис.1) будет уменьшаться при горизонтальных движениях ножа и резать колбасу становится легче. Можно выдвинуть и другую теорию «колбасной физики» - мелкие и иногда не видимые невооружённым глазом заусенцы на острие ножа, подобно зубьям пилы, разрушают колбасу. Попробуйте доказать, какая из этих двух теорий верна.