Почему у пингвинов мерзнут лапы и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого - Мик О’Хэйр

В Австралии делают множество самых разнообразных бумерангов. О них можно узнать в книге «Бумеранг: символ Австралии» (Boomerang: Behind an Australian Icon) Филипа Джонса, изданной Музеем Южной Австралии.

Чипе Маккинолти Найтклифф, Северная территория, Австралия!

Щелкающий бич

Щелканье кнута — на самом деле звуковой удар, вызванный достижением звукового барьера. Это вполне возможно, потому что кнут суживается к кончику. При взмахе энергия, приданная ручке, волной проходит по всей длине кнута. Пока волна движется по суживающемуся кнуту, поперечное сечение и масса кнута на ее пути уменьшаются. Энергия этой волны — функция массы и скорости, и, поскольку она должна быть сохранена, при уменьшении массы скорость возрастает. Следовательно, волна распространяется все быстрее и быстрее, а к моменту достижения кончика кнута приобретает скорость звука.

Майк Капп Оксфорд, Великобритания

Когда волна достигает кончика кнута, ей предстоит рассеяться. Часть энергии уходит в воздух, часть — в отраженную волну, пробегающую по кнуту в обратном направлении. В тот момент, когда волна достигает кончика кнута и уже собирается в обратный путь, на краткое время она приобретает колоссальное ускорение. Результат этого ускорения имеет сверхзвуковую природу.

Эндрю Плант Лаймингтон, Гемпшир, Великобритания

Пролитый свет

Да, читатели смогли, но несмотря на то что ответов пришло много, понадобилось объединить их, чтобы составить ясное представление. Скажем сразу, что задача действительно серьезная. — Ред.

Моей первой реакцией было недоверие. Я поставил опыт сам — и действительно, пламя повело себя по-другому. Оно тянулось за свечой, которая вращалась по орбите вокруг центра столика. Точно так же пламя ведет себя, когда мы несем в руках зажженную свечу.

Гарет Келли Учитель физики, школа Пенглес, Аберистуит, Дивед, Великобритания

Прочитав вопрос, я нашел у себя на кухне свечу и поставил ее на вращающуюся доску для сыра. При скорости примерно 60 оборотов в минуту пламя просто тянулось за свечой и не отклонялось ни внутрь круга, ни наружу. Позднее в тот же день я повторил эксперимент с проигрывателем для пластинок, включенным на 78 оборотов в минуту, и результат оказался тем же. Или я что-то упустил?

Джон Эштон Монмут, Гуэнт, Великобритания

Да, читатели из Диведа и Гуэнта, вы действительно кое-что упустили, хотя ваша деятельность и честность достойны похвал. Итак, сначала… — Ред.

Чтобы увидеть этот эффект, свечу следует поместить в какой-нибудь сосуд, иначе пламя оттянется назад. Итак, свечу — в банку, банку — на край вращающегося столика.

Дэвид Мей Учитель физики, муниципальный колледж Хинд-Лейз, Шепшед, Лестершир, Великобритания

Причина, по которой пламя свечи направлено внутрь круга, — слабая центробежная сила, которую создает вращающийся столик.

Дэвид Блейк Стерлинг, Великобритания

По мере вращения воздуха в банке на центрифуге более плотный воздух выходит с предсказуемыми последствиями. — Ред.

Пламя свечи наклоняется к центру круга по тем же причинам, по которым пламя направлено вверх, а не вниз. Нагретый пламенем воздух не такой плотный, как окружающий, поэтому более плотный воздух выходит из банки, отклоняя пламя свечи внутрь.

Если бы я была придирой, то возразила бы, что движение менее плотного пламени свечи ускоряет та же центростремительная сила. Согласно известному закону Ньютона для одной и той же силы произведение массы и ускорения одинаково. Если же масса уменьшится, ускорение должно возрасти. А школьникам достаточно просто понять, что сила больше действует на плотный воздух.

Сью-Энн Боулинг Университет Аляски, Фэрбенкс, Аляска, США

Можно также перейти к системам координат и математике. — Ред.

Понять, почему пламя свечи указывает внутрь круга, гораздо легче, если рассмотреть эту задачу в линейной системе координат. Представим, что вы едете в машине и держите за веревочку шарик с гелием. Вы резко затормозили. Что случилось с шариком? Ремень безопасности врезался вам в тело, а шарик отнесло к заднему сиденью. Все потому, что воздуху в машине присуща инерция, он продолжает двигаться вперед вместе с вами, а шарик стремится в область самого низкого давления и низкой плотности воздуха — в заднюю часть салона.

Подобно этому, пламя свечи обладает «плавучестью», своей формой оно обязано сложному взаимодействию между горячим воском у фитиля и температурой окружающего воздуха. Поэтому пламя тоже уплывает в направлении самого низкого давления — к оси вращения. Закончим аналогию: свеча, как и машина, движется с ускорением по отношению к воздуху, окружающему пламя, поэтому воздух направлен из крута радиально по отношению к свече, а пламя — к центру круга.

Том Тралл Университет Тасмании, Австралия

В закрытой банке менее плотные газы пламени будут вытесняться к центру вращения под действием центростремительной силы. Можно определить арктангенс угла пламени (a/g) в плоскости с вертикалью (где а — центростремительное ускорение).

Тот же эффект можно продемонстрировать с помощью наполненного гелием шарика в машине. Шарик отклоняется вперед при ускорении, назад — при торможении применима та же формула. Для машины, которая обходит поворот дороги по дуге радиусом 20 метров со скоростью 50 километров в час отклонение должно составить около 44°.

Нил Хенриксон Ректор высшей школы Джеймса Янга, Эдинбург, Великобритания

И еще более простая демонстрация того же эффекта. — Ред.

Если поставить спиртовой уровень на вращающийся столик, расположив его как спицу в велосипедном колесе, а затем раскрутить столик, пузырек воздуха быстро придвинется внутрь круга. Более тяжелый спирт отталкивает к центру круга легкий пузырек.

Колин Сиддонс Брэдфорд, Западный Йоркшир, Великобритания

Мячи с отклонениями