Несколько месяцев назад у меня возник наилюбопытнейший диалог с одним уважаемым мастером.
Не буду вдаваться в детали спора, а предлагаю вам попробовать ответить на этот вопрос:
Задача: Первая струбцина склеивает 2 бруска с теоретическим усилием в 100 Ньютонов (Рис.1). Вторая склеивает точно такие же бруски, клей тоже одинаковый, но стыков стало уже 5. Вопрос: Какое усилие нужно приложить ко второй пачке и почему? (Все погрешности и нюансы реального мира такие как влажность, марка клея и порода дерева не учитываются)
Прежде чем читать ответ, можете записать своё мнение в комментариях, а потом дать честный ответ самим себе.
Ответ: На обе струбцины необходимо приложить одинаковое усилие в 100Н.
А теперь давайте разберёмся почему.
(Иллюстрация с описанием - рис. 2)
Вот мой первый аргумент, который я выдвинул мастеру:
Третий закон Ньютона: взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.
Проще говоря, склеиваемые детали уравновешены, значит нагрузка (сдавливающая сила) равна реакции опоры, а сумма всех сил равна нулю.
Но спор бы не состоялся, если бы мой оппонент просто согласно кивнул головой, однако у опытного человека всегда есть контраргумент:
Древесина сжимается, так как есть упругость! Если взять не две пружины, а десять, давить на них нужно сильнее!
На что получил мой Аргумент №2: Зако́н Гу́ка — утверждение, согласно которому, деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т. д.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Говоря проще, действует всё тот же 3й закон Ньютона. Силы не меняются по величине, просто добавляется деформация. А деформация это у нас что? Линейное изменение размера. Соответственно приложенная сила не изменится, но расстояние которое пройдёт винт будет большим.
Но и это не убедило его, он достал контраргумент №2: А как же вязкость клея? Нужно же дополнительное усилие на выдавливание клея!
Я парирую с помощью аргумента №3 НЕТ! Вязкие материалы действительно поглощают энергию. Но в момент поглощения система не является уравновешенной и не находится в состоянии покоя. Говоря проще, процесс выдавливания клея, поглощает энергию. Это значит, что в процессе затягивания струбцины, часть энергии теряется. Но мы ведь не прикладываем кратковременное усилие, а затягиваем постепенно. Поэтому, когда система придёт в равновесие, усилие должно быть таким же, как и в первом случае.
Такой занимательный вышел спор. Из этого спора мы оба вышли победителями и оба узнали для себя что-то новое. Я согласился, что стоит добавить дополнительного усилия при увеличении числа делянок, ведь мы живём в физическом мире, где всё намного сложнее чем формулы и законы. Однако и знания физики дают лучшее понимание процессов и уберегут нас от избыточных нагрузок, а где-то и помогут сэкономить.