Мы постоянно находимся в движении или наблюдаем движение, и поэтому может показаться, что все мы хорошо знакомы с этим явлением. Однако некоторые его подробности не так легко наблюдать, и при их описании иногда возникает путаница. Почему бы не начать с простого движения, которое легко поддается измерению — достаточно медленного и происходящего с постоянной скоростью?

Получить его можно, катая мраморный шарик или мячик по поверхности стола. Если тело катится достаточно медленно, можно измерять время прохождения им небольшого расстояния с помощью секундомера или просто равномерно считая. (Оказывается, что быстрый и равномерный счет удивительно хорошо подходит в таких случаях для измерения времени. Потренируйтесь считать вслух с такой скоростью, чтобы сосчитать от одного до двадцати примерно за 5 секунд.) Небольшие расстояния можно отмечать, используя какой-либо предмет, имеющий длину около 20 см, например лист машинописной бумаги. Если скорость остается постоянной, время прохождения шарика вдоль листа бумаги в начале пути должно быть таким же, как и время прохождения вдоль другого листа, лежащего дальше.

Конечно, движение шарика будет замедляться, если только стол не наклонен. Вы можете устранить замедление, преднамеренно наклоняя стол. Подложите под две ножки прокладки из бумаги или картона. Если поверхность стола гладкая и чистая и шарик довольно гладкий и круглый, для получения постоянной скорости потребуется лишь очень небольшой наклон. (Посмотрите вдоль поверхности стола, чтобы убедиться, что она ровная и не имеет лере-косов и прогибов. Возможно, вам Придется положить вдоль края стола рейку, чтобы направлять катящийся шарик.)
Когда вы добьетесь постоянной скорости, наклоните стол чуть-чуть больше, чтобы движение катящегося шарика ускорялось. Задача теперь состоит в том, чтобы выяснить, каким образом время, необходимое для прохождения короткого отрезка пути, зависит от расстояния до начальной точки и от полного времени движения. Выяснить это можно следующим образом.
Первый опыт. Положите один лист бумаги в конце стола, а второй — так, чтобы его средняя линия находилась на полпути от начальной точки до средней линии листа, лежащего в конце. Чтобы достичь последнего листа, шарик должен прокатиться вдвое большее расстояние, чем до среднего листа. Может быть, он и движется в конце стола вдвое быстрее? Будет ли, таким образом, время пересечения последнего листа равно только половине времени пересечения среднего листа? Запишите полученные вами результаты измерений этих промежутков времени.
Второй опыт. Найдите полное время Т, в течение которого шарик скатывается вдоль всей длины стола, а также время прохождения шариком первой половины своего пути. Запишите результаты, чтобы использовать их в дальнейшем для ответов. Теперь найдите точку, которой он достигает за время Т/2. Находится ли она посередине стола? Запишите длину стола и расстояние до этой «точки Т/2». Совместите с этой точкой середину одного из листов бумаги и затем повторите первую часть опыта. Будет ли шарик при пересечении конечного листа катиться вдвое быстрей, чем при пересечении листа, лежащего в точке Т/2?
Если бы в первом опыте время пересечения среднего листа оказалось вдвое больше времени пересечения конечного листа, то скорость в этих условиях была бы пропорциональна пройденному расстоянию; когда вы удваиваете расстояние, удваивается и скорость. Если же во втором опыте время пересечения в точке Т/2 вдвое больше времени пересечения конечного листа, то тогда скорость пропорциональна времени скатывания. Если вы удваиваете время, то удваивается и скорость. К какому из этих заключений приводят ваши опыты?
Некоторые из этих эффектов можно увидеть, подбрасывая в воздух какое-нибудь тело и пристально за ним наблюдая. Движение происходит слишком быстро, чтобы видеть все подробности, но можно улучшить условия наблюдения, подбрасывая что-нибудь некруглое и одновременно сообщая ему вращение. Для этой цели хорошо подойдет башмак. Он будет вращаться с почти постоянной скоростью, и вы получите таким образом тело со «встроенным секундомером». Наблюдайте за изменением вертикальной скорости тела, когда оно поднимается и падает. На каких участках его движение замедляется и ускоряется? Происходит это постепенно или резко?

Автор Кл. Э. Суорц “Необыкновенная физика обыкновенных явлений”

Интересные научные игрушки