Этот вопрос о физической природе движения грязи, сбрасываемой с вращающихся колес, заставляет нас проникнуть в самое сердце классической механики и особенно в явление, называемое центробежной силой.
Первоначально нам следует понять, что центробежная сила возникает из-за инерции и врожденного стремления объекта сохранять свое состояние движения. Когда колесо вращается, каждая точка на его окружности движется по окружности с определенной скоростью. Если мы представим, что грязь укреплена на поверхности колеса, то в результате вращения она также двигается по окружностям.
Однако нашей целью является понять, почему грязь сперва летит почти по прямой. Для этого нам понадобится поговорить о трении. Когда грязь «поднимается» от колеса, по мере вращения, между грязью и колесом возникает трение. Именно трение играет важную роль в начальном движении грязи. На самом деле, трение может препятствовать легкому движению грязи, и по этой причине первоначальный импульс, полученный от вращающегося колеса, не способен сразу же поднять грязь прямо вверх.
Вместо этого, благодаря силе трения, грязь должна сначала преодолеть силу трения, чтобы начать движение вверх. Вначале грязи резко толкаются вверх в более горизонтальном направлении из-за силы трения. Однако, как только грязь преодолевает силу трения, ей удаётся продолжить движение противоположно к скорости вращения колеса. И здесь мы видим, как грязь «летит» почти по прямой линии вверх.
В этой точке важно заметить, что грязь движется по силе, которая не зависит от ее веса. То есть, даже если грязь тяжелая, она все равно может двигаться противоположно к скорости вращения колеса. Это происходит из-за относительной инертности объектов и влияния центробежной силы.
Если грязь движется почти прямо вверх, то как она падает на землю? Здесь вступает в действие другая сила — сила гравитации. Когда грязь достигает наивысшей точки своего движения «по прямой», ее вертикальная составляющая скорости ослабевает из-за действия гравитации. Постепенно скорость грязи начинает изменяться, и она начинает падать. Однако, благодаря инерции, грязь сохраняет некоторую горизонтальную составляющую скорости, и в результате она падает не прямо вниз, а немного вперед от начальной точки сброса.
Таким образом, чтобы ответить на вопрос «почему грязь слетая с вращающихся колес сначала летит почти по прямой», мы должны обратиться к взаимодействию трения и центробежной силы. Сила трения помогает грязи преодолеть и побороть инерцию и вращение колеса на начальных этапах движения. Однако, по мере уменьшения влияния трения и силы гравитации, грязь продолжает свое движение вверх и вперед, пока не начинает свое падение на землю.