Ирина Андржеевская – Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач (страница 2)
Но Франклин был не только политиком, но и замечательным изобретателем! Он изобрёл молниеотвод, бифокальные очки, электрофорную машину, электростатический двигатель, экономичную отопительную печь, стеклянную гармонику, оригинальную конструкцию кресла-качалки…
И в науке сделал немало. Например, именно благодаря Франклину электрические заряды называют «положительными» и «отрицательными».
Он изучал атмосферное электричество (молнии) и объяснил принцип действия конденсатора.
А ещё он писал книги…
А ещё изобрёл систему тайм-менеджмента…
А ещё…
Авторство афоризма «Время – деньги!» тоже принадлежит Франклину.
Можем добавить от себя: «Франклин – деньги!», ведь его портрет располагается на 100-долларовой купюре США.
Портрет Бенджамина Франклина на лицевой стороне банкноты номиналом 100 USD
ЗАДАЧА 3. СТРИЖКА В КОСМОСЕ*
В космосе, на Международной космической станции, даже такая простая процедура, как стрижка волос, становится опасной. Но космонавты живут на МКС месяцами, и стрижка им просто необходима.
Почему стрижка в космосе опасна?
Какие проблемы возникают и как с ними справиться?
Контрольный ответ
Космонавты на МКС работают в условиях невесомости. Остриженные волосы не падают вниз, а парят в воздухе и разлетаются по всей станции. Любой волосок может попасть если не в глаз, то внутрь оборудования и привести к неисправности. При этом жизненно важные элементы станции могут выйти из строя.
Поэтому для стрижки в условиях невесомости разработали машинку-пылесос, которая сразу всасывает остриженные волосы.
Хотите знать больше?
Видео о том, как космонавты стригутся в космосе, можно посмотреть по запросу «Как стригут волосы на МКС».
Аналоги
Похожая проблема возникает с мытьём в невесомости. Разлетающиеся по космическому кораблю капли воды могут быть ещё более опасны, чем частички волос. Вода – хороший проводник тока. И если она попадёт в электронные устройства, то может стать причиной сбоя в их работе.
Видео о том, как космонавты совершают гигиенические процедуры, можно посмотреть по запросу «Как принимают душ на МКС».
ЗАДАЧА 4. МЯГКАЯ ПОСАДКА***
Когда спускаемый космический аппарат приближается к Земле, его огромная скорость гасится торможением о воздух. Затем выбрасывается парашют. Но даже на парашюте скорость спуска всё ещё велика. Для снижения силы удара о Землю в метре от её поверхности должны включиться реактивные двигатели мягкой посадки, сопла которых направлены вниз. В результате работы двигателей скорость погасится, и корабль встретится с поверхностью Земли без удара.
Но как двигатели «узнают», что до столкновения с Землёй остался всего один метр?
Как автоматически включить двигатели вовремя?
Контрольный ответ
Современный спускаемый аппарат снабжён сверхточным гамма-лучевым высотомером. Этот прибор измеряет расстояние до поверхности Земли и запускает двигатели мягкой посадки за мгновение перед ударом о Землю.
Но система посадки первых советских спускаемых аппаратов «Восток» и «Восход» была устроена иначе. Не доверяя жизнь космонавта не надёжной в те времена электронике, инженеры создали простой контактный пускатель. В свёрнутом положении он представлял собой катушку с намотанной на неё пружинной лентой. Когда корабль снижался до заданной высоты, лента сматывалась с катушки и свисала таким образом, что её конец находился на 3 м ниже спускаемого аппарата. Когда лента касалась поверхности Земли, замыкался контакт и включались двигатели мягкой посадки. Это устройство было простым и очень надёжным!
Хотите знать больше?
Видео о процедуре посадки спускаемого аппарата можно посмотреть по запросу «Как готовится посадка спускаемого аппарата».
Подробнее о том, как происходила посадка первых спускаемых аппаратов советских космических кораблей, можно почитать по запросу «Спускаемый аппарат кораблей «Восток» и «Восход».
2. Механика
2.1. Движение и сила
Если косяк мелкой рыбы не тревожат хищники, то стайка очень быстро принимает форму подводной лодки.
Рыбки хотят, чтобы акулы принимали их стаю за подводную лодку или дело в чём-то другом?
Контрольный ответ
Косяки рыб появились задолго до подводных лодок. Поэтому более справедливо говорить, что подлодки подражают косякам рыб. Ведь задача инженеров заключается в том, чтобы спроектировать такой корабль, при движении которого вода оказывала бы минимальное сопротивление. Форма тела с самой хорошей обтекаемостью давно известна: это форма вытянутой в длину капли.
Конечно, рыбки не могут заранее договориться между собой и решить: «Плывём в форме капли, чтобы экономить силы». Но каждая рыбка в отдельности занимает такое положение в косяке, чтобы вода оказывала наименьшее сопротивление.
Положение строго за предыдущей – невыгодно. Наилучшим является положение: «за… и чуть-чуть в сторону». Рыба, плывущая впереди, увлекает часть потока воды за собой, и следующая движется в этом потоке себе на пользу.
Подумайте…***
О том, что тело каплевидной формы имеет наименьшее гидродинамическое сопротивление, было известно ещё в конце XIX века. Но подводные лодки в форме капли стали строить только в конце 60-х гг. XX века. Почему каплевидные корпуса стали строить с таким опозданием?
Контрольный ответ
В начале XX века подводные лодки были не столько подводными, сколько «ныряющими». Бóльшую часть боевого дежурства они проводили в надводном положении и только перед атакой погружались под воду. А в надводном положении форма крейсера выгоднее каплевидной.
Подводная лодка времён Первой мировой войны была больше похожа на крейсер. Немецкая подводная лодка SM U-35 в порту Картахены, Испания, 1916 г.
Лодка середины 80-х гг. имеет выраженную каплевидную форму. Подводная лодка дизель-электрического класса
Аналоги
Аналогично обтекаемую форму имеют современные самолёты, автомобили и т. д.
Знаменитая картинка 30-х гг. XX века из рекламы легковой «Татры» с популярным объяснением преимуществ хорошей аэродинамики
ЗАДАЧА 6. ЭВЕРЕСТ – НЕ САМАЯ ВЫСОКАЯ ГОРА?***
В энциклопедиях пишут, что Джомолунгма (Эверест) – самая высокая гора на Земле. Её вершина находится на высоте 8 848,86 м над уровнем моря и считается самой высокой точкой Земли.
А можно ли как-то обосновать утверждение, что на нашей планете есть горы выше Джомолунгмы?
Контрольный ответ
Да, в географии принято измерять высоту гор относительно уровня моря. Но это не единственно возможная система отсчёта. Ничто не мешает нам выбрать другую, ведь все системы отсчёта в классической механике равноправны…
Если за точку отсчёта брать уровень моря, то самая высокая гора – Эверест, в этом нет никаких сомнений.
Но если вести отсчёт не от уровня моря, а от подножия гор на океаническом дне, то самой высокой горой окажется вовсе не Эверест, а Мауна-Кеа, что на Гавайях. Её высота от подножия – более 10 тысяч метров.
Если же за точку отсчёта взять центр Земли, придётся учесть, что наша планета не шар, а геоид. Она «сплюснута» у полюсов и более «выпукла» на экваторе. Любой, кто стоит у экватора, уже дальше от центра Земли, чем тот, кто находится ближе к полюсам. И если отсчитывать от центра Земли, то самая высокая гора – это Чимборасо в Андах, она расположена недалеко от экватора и её вершина примерно на 2 км дальше от центра Земли, чем вершина Эвереста.
Хотите знать больше?
Расчёты высоты гор от центра Земли выполнил в начале нашего века инженер-геодезист Джозеф Сенн. Проверил их директор Нью-йоркского планетария астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон.
Как видите, всё в мире относительно. Даже рекордная высота Эвереста.
Кстати…
Споры о том, какая система отсчёта «правильная», велись столетиями, причём не всегда научными методами. Джордано Бруно был казнён в том числе за то, что отстаивал идеи Коперника о гелиоцентрической картине мира. Система отсчёта, в центр которой вместо Земли ставилось Солнце, считалась в те времена еретической, богопротивной.
Сегодня благодаря Копернику, Галилею, Эйнштейну и многим другим учёным вы знаете, что все инерциальные системы отсчёта равноправны и физические законы от их выбора не зависят.
ЗАДАЧА 7. ОЧЕНЬ ОСОБЕННАЯ СИЛА?****
На первых уроках физики вы узнаёте о том, что силы в механике бывают трёх видов. Это силы тяготения, силы упругости и силы трения.