Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

ОТВЕТ •Ограничения накладывает, конечно, гравитация. Если вы хотите жонглировать большим количеством предметов, нужно подбрасывать их выше, чтобы успевать все их бросать и ловить. Но много времени на этом не выиграть. Даже если вы подбросите предмет на вдвое б о льшую высоту, выигрыш во времени составит всего 40%. Да к тому же предмету нужно будет придать на 40% б о льшую скорость, а это означает, что, скорее всего, бросок получится неточным.

Фибергласовые шесты совершили революцию в прыжках с шестом. Сначала шесты были бамбуковыми. В 1950-е годы их стали делать из стали и алюминия. Но с появлением в 1960-х годах фибергласовых шестов высота рекордных прыжков подскочила с 4,8 до 5,8 м. Некоторые специалисты считают, что со временем рекорды должны значительно превысить шестиметровую отметку. Почему фибергласовые шесты сыграли такую важную роль в увеличении высоты прыжка?

ОТВЕТ •Фибергласовые шесты более гибкие, чем применявшиеся ранее бамбуковые, стальные и алюминиевые. Гибкость шеста дает прыгуну два преимущества. Во-первых, кинетическая энергия, развитая атлетом при беге к перекладине, эффективнее преобразуется в потенциальную энергию упругой деформации шеста, запасаемую им при изгибе. (Эта энергия накапливается именно в процессе бега и не является мускульной энергией бегуна, затрачиваемой на сгибание шеста.)

Возможно, этот фактор покажется вам очевидным. Менее очевидно то, что из-за гибкости шеста происходит задержка в превращении энергии упругой деформации шеста обратно в кинетическую энергию прыгающего спортсмена. Эта задержка позволяет атлету изменить положение тела таким образом, чтобы энергия от выпрямляющегося шеста пошла на движение вверх, а не вперед.

Для выполнения хорошего прыжка прыгун должен не только как следует разбежаться на пути к перекладине, чтобы накопить побольше кинетической энергии, но также соразмерять шаги с тем, чтобы точно попасть концом шеста в ящик для упора . Когда шест встает в упор, атлет прыгает вперед, чтобы сохранить движение вперед и правильно согнуть шест. Когда шест сгибается, в нем накапливается часть начальной кинетической энергии атлета. Во время сгибания шеста и последующего его разгибания атлет подбирает ноги и отклоняется назад, чтобы перевести тело в вертикальное положение. Чтобы шест при разгибании отдал обратно как можно больше энергии и чтобы легче было переориентировать тело, атлет толкает его вперед рукой, находящейся выше, и тянет назад рукой, находящейся ниже. Если все делается вовремя, разгибающийся шест отдает обратно запасенную в нем энергию и посылает атлета вверх.

Некоторые древние народы, например ацтеки, использовали приспособление для метания копья или дротика, которое представляло собой деревянную палку с упором на одном конце и рукояткой на другом (рис. 1.8). Скорость выпущенного с его помощью копья была столь высокой, что копье пролетало около 100 м и даже после этого пробивало латы испанских конкистадоров, пришедших завоевывать землю ацтеков. Почему это устройство под названием атлатль придает копью б о льшую скорость, чем если бросать его просто рукой? Почему часто к этому устройству привязывали камень?

Рис. 1.8 / Задача 1.27.Запуск копья с помощью атлатля.

Как удается жабе выстреливать языком с молниеносной скоростью, чтобы поймать пролетающую мимо муху?

ОТВЕТ •Если бросать копье рукой, кинетическая энергия копья обеспечивается тем, что рука при замахе производит работу по толканию копья вперед на некоторое расстояние. Атлатль увеличивает расстояние, на котором разгоняется копье, и тем самым увеличивает передаваемую ему кинетическую энергию. В чем смысл подвешивать камень к атлатлю — не очень понятно. На самом деле экспериментально установлено, что добавочная масса приводит даже к небольшому уменьшению скорости копья при запуске.

Что касается жабы, то она охотится, используя тот же принцип атлатля. Заметив жертву, жаба быстро выбрасывает язык в ее сторону, но при этом мягкий кончик языка остается загнутым назад и лежит на основной части языка (в этот момент твердеющей). Когда язык приближается к цели, кончик резко развертывается вперед и прихлопывает добычу. С помощью этого приема — развертывания кончика в том же направлении, в котором движется весь язык, — жаба добавляет кинетическую энергию разворачивающегося кончика языка к кинетической энергии поступательного движения языка как целого. Эта дополнительная энергия увеличивает шансы на то, что жертва прилипнет к кончику языка, даже если она сидит на листке, который прогибается под ударом. Как только жертва прилипла к языку, жаба быстро втягивает язык обратно в рот.

Искусные метатели пращи могут запустить камень весом 25 г со скоростью 100 км/ч и поразить цель на расстоянии 200 м и даже больше. Как можно разогнать камень до такой большой скорости или, точнее, как можно придать ему такой большой импульс? В битвах прошлых столетий это оружие оказывалось более эффективным, чем стрелы. Действительно, даже если вражеский воин облачен в кожаный доспех, удар камня может привести к смертельному повреждению внутренних органов, а стрела просто отскочит, не причинив вреда. Если на воине вообще нет доспехов, камень легко может войти внутрь тела. Кроме того, праща — более точное оружие, чем лук, и запускает камень дальше. По этой причине пращники часто стояли позади лучников, которым нужно было находиться ближе к цели, чтобы поразить ее.

Самая известная битва с применением пращи — это библейский поединок Давида с Голиафом. Сорок дней великан-филистимлянин призывал израильтян сразиться с ним, но никто не решался принять бой, пока не появился Давид. Он набрал пять гладких камней из ручья и приблизился к Голиафу на безопасное расстояние — так, чтобы меч Голиафа не мог достать его. Давид вынул из сумки первый камень, вложил его в пращу и запустил в великана. Импульс камня был так велик, что камень, попав в лоб Голиафа, пробил тому череп.

ОТВЕТ •Камень (это может быть обычный камень, комок глины или кусок металла) помещается в ложе из гибкого материала, например кожи, к которому прикреплены два ремешка. Один ремешок наматывают на безымянный палец, на другом завязывается узел, который захватывают ладонью.

Оттянув ложе с камнем левой рукой и держа пращу в правой, обе руки поднимают над головой. Затем левую руку отпускают, а правой резко начинают раскручивать пращу в вертикальной плоскости назад-вниз-вперед-вверх. Это движение выполняется в основном кистью, а не всей рукой. Камень прокручивается по окружности три или четыре раза, запасая кинетическую энергию. Как раз когда камень проходит нижнюю точку последнего круга, ремешок с узелком отпускают, камень освобождается и летит в цель. Можно раскручивать пращу также и в горизонтальной плоскости, но в этом случае дальность полета будет меньше.