Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

ОТВЕТ •Когда на доске надо мной стоят люди, их вес распределяется на большое количество гвоздей, вбитых в верхнюю доску, так что давление каждого гвоздя на мою кожу оказывается недостаточным, чтобы проколоть ее. Давление на спину больше, поскольку эти гвозди поддерживают еще и мой вес (и, соответственно, давят на мою спину с дополнительной силой). Экспериментально я определил, какой вес стоящих на мне людей еще не приводит к прокалыванию кожи спины. (Да, было больно, но наука требует жертв.)

Большой блок, поставленный сверху, не только добавлял опыту зрелищности, но и делал его более безопасным, на что есть две не очень очевидные причины. 1. Для того чтобы с силой нажать на меня, верхняя доска и блок, лежащий на ней, должны с ускорением двинуться вниз, но из-за большой массы блока это ускорение меньше. 2. Большая часть энергии кувалды идет на то, чтобы разбить блок, а не на то, чтобы привести в движение доску. В первый раз, когда я провел опыт с ложем факира в аудитории, я вместо большого блока использовал маленький кирпич. И после удара кувалдой оглушенный пролежал на полу несколько минут.

Вымойте как следует свой нос и небольшую легкую ложку, подышите на внутреннюю поверхность углубления ложки, а потом прижмите эту поверхность к носу. Проверьте, прилипла ли она, слегка переместив ее и немного ослабив нажатие. Если почувствуете, что она держится, уберите руки. И получите то, чего хотели: ложка свисает у вас с носа. Все будут в восторге.

Почему ложка повисла? Чем помогло то, что сначала на нее подышали? Как долго может ложка висеть на носу? Одно время я всем говорил, что мой рекорд — час и 15 минут — был поставлен во французском ресторане в Торонто. Однако на самом деле это случилось на стоянке для грузового транспорта в Юнгстауне, где один бандитского вида байкер пошутил, что ложка продержится дольше, если он слегка изменит форму моего носа.

ОТВЕТ •Если ни на носу, ни на ложке нет следов жира, трение между ложкой и носом должно быть достаточным, чтобы удержать ложку на месте. Она будет неподвижно висеть при условии, что ее центр масс лежит на вертикали, проходящей через точку, в которой она прилипла к носу. В противном случае, когда вы ложку отпустите, сила тяжести будет стремиться повернуть ее, и она может соскользнуть. Конденсация выдыхаемого вами воздуха на ложке помогает ей приклеиться к носу. Хотя слой воды, если он сравнительно толст, действует как смазка, очень тонкий слой является клеем из-за возникающих между молекулами воды и соседними молекулами поверхностей носа и ложки электростатических сил притяжения; кроме того, ложку прижимает к носу атмосферное давление.

На дне высохших озер, которыми изобилуют Калифорния и Невада, иногда попадаются камни, от которых идут длинные следы, прочерченные на твердой корке дна. Эти следы иногда достигают десятков метров в длину, а масса камней — 300 кг. Откуда взялись следы? Камни решили прогуляться? Или их перекатывал какой-то псих? Какова бы ни была причина, передвинуть эти камни очень тяжело, поскольку трение между камнями и твердой поверхностью пустыни огромно.

ОТВЕТ •Многие ученые пытались выяснить происхождение этих следов. Одна из теорий объясняла их появление намерзанием дождевой воды во время редких заморозков. Когда дует ветер и порывы его достаточно сильны, они в состоянии сдвинуть камни, завернутые в ледяные «фантики», и те могут прочертить полосы на твердой поверхности пустыни.

Сторонники другой теории считают, что следы могли появиться во время ливней, случающихся, хотя и редко, в пустыне. Когда дождь смачивает поверхность пустыни, образуется смазка, и шквалистый ветер может сдвинуть или перекатить камни — в результате остаются следы. Трение между камнями и поверхностью оказывается минимальным, когда земля покрывается тонким слоем грязи, а под ним находится все еще твердая основа. В этот момент порыв ветра может резко сдвинуть камень, а для продолжения движения требуется меньшая сила.

В морском узле, показанном на рис. 1.18а, два конца — один свободный, а другой привязан к грузу. Если увеличить нагрузку, может ли узел проскользнуть, то есть может ли свободный конец выскочить из узла, так что узел развяжется? Или же этот узел самозатягивающийся?

Рис. 1.18 / Задача 1.59.а) Морской узел. б) Элементы морского узла.

ОТВЕТ •Можно математически проанализировать силы трения и натяжения веревки в узле и таким образом определить, что будет с узлом при большой произвольной нагрузке: будет ли он удерживать груз или развяжется. Здесь мы проведем простой анализ и начнем со свободного конца, который не натянут (рис. 1.18б). Свободный конец проходит под петлей, образованной другой частью веревки, накинутой сверху на него и прижимающей его к стержню. Чтобы свободный конец не выскользнул из-под петли, трение, создаваемое этим давлением, не должно быть меньше натяжения веревки, стремящегося вытянуть свободный конец из-под петли.

Веревка в этом узле обвивает стержень дважды (двумя витками). Натяжение на конце той петли, которая находится ближе к свободному концу, мало, а на другом конце витка — велико. Чтобы этот виток оставался неподвижным, трение между веревкой и стержнем должно быть достаточно велико, чтобы уравновесить разницу в натяжениях веревки на обоих концах этого витка.

Затем веревка обвивает стержень еще раз и проходит под второй петлей. Натяжение на конце веревки, противоположном свободному, создается грузом. Если верхняя часть веревки в этом витке создает достаточное давление на нижнюю, виток остается неподвижным.

Таким образом, в морском узле есть три требования на трение в разных точках узла. Если во всех этих точках веревка натянута и трение достаточно, чтобы удержать узел от проскальзывания, узел будет держать при любой нагрузке. Но если в какой-то из них веревка ослабла, узел развяжется, как только нагрузка сделается достаточно большой.

Некоторые типы узлов развязываются при большой нагрузке, даже если все части веревки в витках и переходах между витками сильно натянуты. Другие автоматически затягиваются с увеличением нагрузки: тогда узел надежен и только веревка может порваться на отрезке между грузом и узлом.

Когда вы карабкаетесь вверх по широкой трещине в горе, вам поможет прием, используемый, например, при подъеме в трубе . Для этого необходимо принять положение «в распор» — прижаться спиной к одной стенке трещины и упереться ногами в другую (рис. 1.19). До тех пор, пока вы можете давить на стенки с достаточной силой, вы не упадете, но подъем потребует от вас много сил. Есть ли какое-то определенное расстояние по вертикали между ногами и плечами, при котором необходимое давление, позволяющее не упасть, будет наименьшим?