Читать книгу Физика: парадоксальная и объяснимая. 100 открытых задач - Ирина Андржеевская - Страница 4

ЗАДАЧА 1. РЕКА ТЕЧЁТ ВСПЯТЬ***

Блогеры и ютуб-каналы любят показывать загадки природы. Например, гравитационные аномалии. Говорят, одна такая аномалия есть в Армении, у подножия горы Арагац. Каждый день любители необычного наблюдают тут чудеса: горная река течёт снизу вверх, металлический шарик катится вверх по дороге и даже машина, с заглушённым двигателем, сама начинает подниматься по склону. А ещё пешеходам кажется, что в гору им идти гораздо легче, чем с горы. Все они с удивлением замечают, что сила тяжести тут действует как-то не так.

Видео об этом явлении можно посмотреть по запросу «Аномалия в Армении: река течёт вверх, а машина сама забирается в гору».

Действительно ли гравитация у подножия горы Арагац действует как-то иначе или наблюдаемые там явления можно объяснить, не прибегая к сверхъестественному?

Предложите гипотезу. Найдите для неё доказательство.

Контрольный ответ

Прежде всего важно понять, что вывод о том, в каком направлении движется река, делается на основании зрительного восприятия. И то, что автомобиль едет вверх, тоже определяется визуально. Но в данном случае этот метод наблюдения приводит к неверному выводу.

Наблюдаемые явления – пример оптической иллюзии. В горах нет чётко выраженной линии горизонта. В любых гористых местностях небольшой наклон дороги вниз может восприниматься мозгом как подъём. Поэтому людям кажется, что шарик и машина катятся вверх и речка течёт в гору. Течёт же она, как и положено, вниз под действием силы тяжести.

Чтобы проверить правильность восприятия, нужно использовать другие методы исследования. Задача сводится к тому, чтобы измерить высоту точек над уровнем моря в начале и в конце участка дороги и сравнить их. На практике для этого можно использовать гидравлический уровень. Этот способ, известный строителям с древности, позволяет точно определить плоскость, параллельную горизонту.

Хотите знать больше?

Видео о том, как мозг ошибочно воспринимает перспективу по неверно воспринятой зрительной информации, можно посмотреть по запросу «Искажённая реальность. Комната Эймса».

Чтобы понять принцип работы гидравлического уровня, посмотрите видео по запросу «Гидроуровень и принцип работы».

ЗАДАЧА 2. ПАРАДОКС ЗАМЕРЗАНИЯ****

Однажды школьник из Танзании Эрасто Мпемба учился готовить мороженое на уроке кулинарии и заметил, что горячая смесь застыла в морозильнике быстрее, чем охлаждённая. Удивлённый, он обратился за разъяснениями к своему учителю физики. Но тот лишь посмеялся, сказав, что такого не может быть. «Это не всемирная физика, а физика Мпембы» – так он прокомментировал открытие ученика.

А между тем эффект был описан ещё Аристотелем в IY веке до нашей эры. Упоминал о нём и Френсис Бэкон, и Рене Декарт, и даже один из основателей США – Бенджамин Франклин.

Эффект состоит в том, что горячая вода, выставленная на мороз, замерзает быстрее холодной воды той же массы. Хотя здравый смысл и наши познания в области термодинамики говорят о том, что должно быть наоборот!

В чём причина «эффекта Мпембы»? Почему горячая вода замерзает быстрее холодной?

Контрольный ответ

Существуют различные объяснения данного эффекта.

Одно из них дал Бенджамин Франклин, проведя серию экспериментов. Горячая вода быстрее испаряется, а следовательно, быстрее уменьшается её масса. Время замерзания воды зависит не только от её начальной температуры, но и от массы. Чем меньше воды, тем быстрее она замерзает. Поэтому и наблюдается данный эффект.

Другое объяснение сводится к тому, что у стакана с горячей водой лучше контакт с охлаждающей поверхностью (под тёплым стаканом плавится снег, и вода заполняет воздушные пустоты). А значит, и теплоотдача выше, чем у стакана, под донышком которого присутствуют пузырьки воздуха.

Но не всё так просто. Ряд экспериментов показывает, что даже при отсутствии указанных факторов эффект всё же наблюдается… Возможно, это связано с особыми химическими свойствами воды. Но пока вопрос остаётся открытым… А вы любите открытые вопросы?

Хотите знать больше?

Подробнее об эффекте читайте по запросу «Ещё одно объяснение эффекта Мпембы».

Кстати…

Таких людей, как Бенджамин Франклин, называют полиматами. Полимат – это универсальный человек. Его кругозор не ограничивается какой-то одной областью. Наука, искусство, политика… любая сфера человеческой деятельности – поле его интересов. Таким и был Франклин!

Это один из самых значительных государственных деятелей XVIII века. Его подпись стоит под документами, учреждавшими основание США. Он входит в число семи отцов-основателей этой страны.

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».