Физика на сенокосе

Вы никогда не задумывались, почему траву косят рано утром, когда на полях лежит роса и почему, как только роса сходит, то работу прекращают. Этот факт даже отражен русской пословице: “Коси коса пока роса! Роса - долой, коса - домой!” Оказывается, при скашивании травы косарями умело используются несколько физических закономерностей, которые позволяют значительно облегчить работу и улучшить ее качество. Рассмотрим их:

1. Когда на траве находится роса, то есть вода, то она выполняет роль смазки, уменьшая тем самым коэффициент трения между полотном косы и срезаемой травой. Это ведет к уменьшению силы трения, величина которой выражается формулой

F_трения = µ N,

где N - сила реакции опоры, µ - коэффициент трения. Согласно второму закону Ньютона ускорение, а сообщаемое косе косарем можно определить по формуле

Как видно из этой формулы, когда сила трения уменьшается, то для придания косе того же ускорения требуется меньшая сила тяги F_тяга. Следовательно, косарь будет затрачивать меньше сил и в конечном итоге меньше устанет. Очевидно. Что, когда трава сухая, то коэффициент трения оказывается большим и требуется большее усилий для того, чтобы скосить то же количество травы.

2. Рано утром, при росе, в траве очень много воды. В результате этого коэффициент упругости k травы увеличивается. А согласно закону Гука

F_{упругости} = kx,

где x - смещение травинки относительно положения равновесия. Следовательно, возрастает сила упругости F_{упругости} и трава сильнее противодействует наклону (при одном и том же наклоне, то есть смещении x, сила упругости тем больше, чем больше коэффициент упругости k). А прямо стоящая трава режется по более короткому пути, чем наклоненная. Что в конечном итоге означает меньшее усилие со стороны косаря для срезания травы. Кроме того, срезаются почти все травинки, так они все стремятся вернуться в горизонтальное положение. Днем в траве воды гораздо меньше. Вследствие этого коса значительную часть травинок не срезает, а только наклоняет к земле (сила упругости меньше и при незначительном усилии происходит сильный наклон травинок).

3. И, наконец, последнее. Из-за росы травинка имеет большую массу. Поэтому при скашивании травы она не разлетается. Действительно, согласно второму закону Ньютона, ускорение, сообщаемое телу данной силой обратно пропорционально массе

a = F/m.

Расстояние, которое пролетит тело, определяется следующей формулой

s = s₀ + v₀t + at²/2.

До того, как травинка соприкоснулась с косой, она покоилась, тогда s₀ и v₀ равны нулю, данная формула упростится

s = at²/2.

Из анализа формул видно, что когда трава с росой, то она тяжелее и, соответственно пролетает меньшее расстояние, то есть меньше разлетается.

Таким образом, в простом на первый взгляд действии скашивания травы издревна умело используются законы таких разделов физики, как кинематика и динамика.

Автор: Юрий Руднев

11 класс МОУ Гимназия № 5 г. Юбилейный Московской обл.

Опубликовано: 21 мая 2004 г.

Из доклада "Физика в сельском хозяйстве" на конференции "Физика и научно-технический прогресс"

1. И. В. Савельев “Курс общей физики” т.1, М.: Наука, 1970.
2. Р. В. Телеснин “Молекулярная физика” М.: Высшая школа, 1973.
3. Б. М. Яворский, Ю. А. Селезнев “Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и самообразования” М.: Наука, 1982.
4. “Физика” Энциклопедический словарь школьника М.: Олма-пресс, 2000.
5. В. А. Михельсон “Физика” т. 1, М.: ОГИЗ, 1939.
6. Н. И. Корякин, К. Н. Быстров, П. С. Киреев “Краткий справочник по физике” М.: Высшая школа, 1963.
7. И. А. Чучкалов, С. И. Чучкалов “Основные законы физики” Чебоксары: издательство Чувашского университета