Ирина Андржеевская – Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач (страница 5)
Видео по этой теме можно посмотреть по запросу «Почему самолёты взлетают и садятся против ветра».
Кстати…
Однажды известный конструктор автомобилей Генри Форд сказал: «Когда кажется, что весь мир настроен против тебя, помни, что самолёт взлетает против ветра!» Так что учтите: иногда вам нужен не попутный, а встречный ветер.
ЗАДАЧА 17. ТЕПЛОЛЮБИВЫЕ КОСМОДРОМЫ?**
Сегодня многие страны имеют собственные космические программы. Ракеты запускают не только крупные государственные корпорации, такие как «Роскосмос», «НАСА» или «Европейское космическое агентство», но и частные компании, самая крупная из которых «SpaceX» Илона Маска.
Но вот что может показаться странным: как правило, космодромы стараются разместить как можно ближе к экватору и так, чтобы рядом было море или океан.
Конструкторам космодромов хочется проводить лето вблизи тёплого моря? Или тепло нужно самим космодромам? Или?…
Почему космодромы располагают по возможности ближе к экватору и почему важно, чтобы рядом был океан? (Ну или в крайнем случае степь. В степи расположен космодром Байконур).
Контрольный ответ
Земля вращается вокруг своей оси. И чем ближе к экватору находится космодром, тем дальше он расположен от оси вращения планеты и, следовательно, тем больше его линейная скорость в направлении вращения.
Эта скорость добавляется к скорости ракеты при её запуске, что позволяет вывести на орбиту больше груза при меньшем расходе топлива. Именно поэтому ракеты обычно запускают в направлении с запада на восток.
Кроме того, сила тяжести на экваторе меньше, чем на полюсе (см. задачу 13). Это даёт выигрыш в грузоподъёмности ракеты.
Ответ на второй вопрос связан с безопасностью. После старта ракеты на землю падают отработанные нижние ступени ракет. Наиболее безопасно, если это происходит над океаном или в степи.
Хотите знать больше?
Нa ширoтe Мoсквы линейная скорость поверхности Земли вследствие её вращения вокруг оси составляет 264 м/с, a нa эквaтoрe – 465 м/с. На полюсе же эта скорость пренебрежимо мала. Поэтому никто и не строит космодромов в приполярных областях.
ЗАДАЧА 18. КАКАЯ ЛАВИНА БОЛЕЕ РАЗРУШИТЕЛЬНА?***
Лавина – это огромная масса снега, которая несётся с гор с высокой скоростью и сметает всё на своём пути. Лавины бывают сухие и мокрые.
Сухие лавины сходят при низких температурах. Они возникают, когда свежий снег выпадает на старую, покрытую ледяной коркой спрессованную снежную массу. Из-за этой корки недавно выпавший снег плохо сцепляется со старым и начинает сползать вниз, увлекая за собой всё бóльшие и бóльшие массы снега.
Мокрые лавины сходят при более высоких температурах. Из-за таяния снега между его слежавшимися пластами появляются прослойки воды. Пласты начинают скользить друг по другу и устремляются вниз…
Видео по теме можно посмотреть по запросу «Самые крупные снежные лавины, снятые на камеру».
Чем опасны лавины? Какие из них: мокрые или сухие – наиболее разрушительны и почему?
Контрольный ответ
Сухие лавины скользят по склонам, как по льду, с огромными скоростями, гоня перед собой ударную волну. Скорость этого потока может достигать 300 км/ч. Это приводит к значительным разрушениям.
На влажный снег действуют бóльшие силы сопротивления движению, что притормаживает сход мокрых лавин. Скорость мокрых лавин не превышает 50 км/ч. Это делает их немного менее разрушительными, чем лавины сухие.
Кстати…
Говоря о потенциальной опасности лавин, нужно помнить о том, что во вспененном снеге сухой лавины содержится много воздуха и у засыпанного лавинным снегом пострадавшего есть возможность дышать в ожидании помощи спасателей. Человека, попавшего в сухую лавину, ещё можно спасти. Попасть же под мокрую лавину и оказаться засыпанным мокрым снегом – это верная гибель. После остановки снег быстро «схватывается» и застывает. Внутри такой лавины нечем дышать.
ЗАДАЧА 19. КТО АРХИТЕКТОР?**
На нашей планете немало песчаных пустынь. И все они очень разные. Пустыни различаются размерами и цветом песка, климатическими условиями и биологическим разнообразием. И только форма песчаных барханов во всех пустынях почти одинакова.
Один склон бархана пологий (уклон около 16º), а другой крутой (30—34º).
Барханы снежных пустынь Арктики очень похожи на песчаные барханы Сахары
Кто же задаёт образец единообразным формам барханов, почему они имеют такую форму?
Контрольный ответ
Архитектор песчаных барханов – ветер. Он переносит миллионы миллионов песчинок, выравнивая пологий наветренный склон.
Песчинки, достигшие гребня, срываются вниз под действием силы тяжести и образуют крутой склон. Угол его наклона зависит только от свойств сыпучего материала и составляет около 32º.
Хотите знать больше?
Видео о том, как сыплется песок с бархана, см. по запросу «Сахара. Как сыплется песок с бархана».
Любой сыпучий материал, если его равномерно сыпать сверху, всегда формирует правильный конус. Угол наклона конуса не зависит от его высоты и различен для разных материалов. Например, склоны кучи зерна будут более пологими, чем кучи с песком.
Модель формирования песчаного конуса описывается несколькими разделами математики! Но если не вдаваться в сложности, то устойчивость песчинки на склоне определяется двумя силами: силой тяжести и силой трения, действующей на песчинку со стороны других таких же песчинок.
Подумайте…****
Сколько песчинок в этой куче песка?
Оцените порядок величины (миллионы, миллиарды…).
Контрольный ответ
Объём этой кучи около 5 м3. Это можно понять, сравнив её с человеком на фото. В одном кубическом метре миллиард кубических миллиметров. Сколько же песчинок в кубическом миллиметре?
Конечно, это зависит от размеров песчинок, а они бывают разные. Песком считаются каменистые фракции с размером частиц от 0,1 до 1 мм. Для приблизительной оценки можно считать песчинку кубиком со стороной 0,25 мм. Тогда в 1 мм3 содержится 64 песчинки. Округлим до 50.
Объединяя всё вышесказанное, произведём вычисления:
N = 5 х 1 000 000 000 х 50 = 250 000 000 000.
Четверть триллиона… Да, примерно столько.
Но если бы куча состояла из самых маленьких песчинок размером 0,1 мм, их было бы 5 триллионов штук.
Подумайте…**
В Забайкальском крае есть удивительное место: самая компактная пустыня в мире – Чарские пески. Среди тайги и болот на несколько километров тянутся сыпучие пески с дюнами и барханами высотой до 80 м. Все склоны барханов, обращённые на юго-запад, пологие, а противоположные – более крутые.
Вы догадались, в каком направлении здесь дуют господствующие ветры?
Чарские пески. Юго-западный (пологий) и северо-восточный (крутой) склоны бархана. Автор фото: Александр Леснянский
Контрольный ответ
Ветры в Чарской котловине дуют в основном с юго-запада на северо-восток.
ЗАДАЧА 20. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕЖДЕ ВСЕГО**
Олуши охотятся на рыбу, ныряя в море с высоты более 30 м. Они входят в воду со скоростью почти 100 км/ч. Удар о воду при такой скорости очень опасен!
Видео по теме см. по запросу «Олуши Атлантики».
Какие системы безопасности должна была предусмотреть природа, чтобы птицы не травмировались при ударе о воду?
Контрольный ответ
Силу удара уменьшает обтекаемая форма тела. Непосредственно перед входом в воду птица складывает крылья так, чтобы ни одно пёрышко не выпирало в сторону. Особым образом у неё напрягаются мышцы шеи. В этот момент форма олуша больше всего напоминает остриё летящей стрелы.
Хотите знать больше?
Прочный череп олушей и толстая жировая подушка на голове защищают головной мозг. Жир играет роль амортизатора, который предохраняют мозг от сотрясения при ударах о внутреннюю поверхность черепа.
А роль подушек безопасности играют специальные кармашки на груди и шее, которые надуваются воздухом за мгновение перед ударом.
ЗАДАЧА 21. ВЫКРУТАСЫ БЕНТА**
Бент Миккелсен, трубочист из небольшого датского городка, был человеком креативным, со смекалкой и любил удивлять людей. Он соорудил на крыше дома трубу высотой 5 м, которая причудливым образом была закручена. Кроме того, он установил специальное устройство, которое выпускало дым аккуратными кольцами. Соседи в шутку говорили об этом изобретении: «Ох уж эти выкрутасы Бента!»