Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Эффект спагетти проявляется и при нажатии на кнопку металлической рулетки, когда лента с делениями автоматически втягивается в корпус. Конец ленты при приближении к корпусу увеличивает амплитуду колебаний и может вас поранить. По инструкции рекомендуется последнюю часть ленты втягивать медленно. Аналогичный эффект может проявиться при втягивании шнура в бытовую технику, снабженную механизмом автоматического сматывания.

Как паук, сидящий в центре своей ловчей сети, узнает, в каком месте муха запуталась в паутине или прилипла к ней? Почему, когда муха налетает на паутину, та не рвется? Почему муха не может просто улететь после того, как ударится о паутину?

ОТВЕТ •Попав в паутину, муха начинает барахтаться, пытаясь высвободиться. При этом от нее по нитям, в том числе и по тем радиальным, которые тянутся к пауку, идут волны. Распространяющиеся по радиальным нитям волны можно разделить на три типа — по направлениям возбуждаемых в них колебаний. В двух типах перемещение нитей происходит в плоскости паутины и перпендикулярно к ней. В третьем типе перемещение участков нити происходит вдоль нее (нить натягивается и ослабляется), именно этот вид колебаний и настораживает паука. Колебания могут возбуждаться в двух или трех соседних нитях, и именно нити, ведущие к мухе, колеблются сильнее всего. Даже если попавшая в сети жертва не очень долго борется за свободу, паук может отследить положение и уже успокоившейся мухи, потеребив своими лапками радиальные нити. Любая нить под тяжестью жертвы будет колебаться иначе, чем свободная, и это поможет пауку определить направление и даже, возможно, расстояние до жертвы. Эксперименты показывают, что человек тоже вслепую — только по колебаниям веревки — может определить расстояние до груза, висящего на натянутой веревке.

Некоторые пауки плетут свою паутину так, что та позволяет регулировать натяжение нитей. Когда пауки голодны, они увеличивают натяжение нитей, чтобы трепыхание даже самой маленькой мошки возбудило заметные волны в нитях. Если они не очень голодны, то уменьшают натяжение, чтобы заметные колебания в нитях возбуждала только крупная добыча.

В 1880 году Чарльз Вернон Бойз [19](автор замечательной популярной книги о мыльных пленках) описал, как он смог привлечь внимание садового паука, прикасаясь вибрирующим камертоном к краю паутины или к опоре, на которой она держалась. Если паук сидел в центре паутины, ему не составляло большого труда найти камертон. Однако если он прогуливался вдали от центра, ему приходилось сначала бежать в центр, и уже там он определял местонахождение камертона. Когда Бойз переносил камертон ближе к пауку, тот воспринимал сильные колебания камертона как сигнал опасности и быстро падал, уцепившись за страховочную нить.

В тропиках живет интересный вид пауков-клептопаразитов: его представители не плетут свою собственную сеть, а воруют добычу у других пауков, которые ткут свою паутину очень прилежно. Чтобы мониторить состояние чужой паутины, такой паук-пират протягивает нити длиной 20–30 см от места, где он сидит в засаде, к центру чужой паутины и к ее радиальным нитям. Как только в паутину попадется муха, через мониторинговые нити пойдут волны. По их картине паук-клептопаразит может даже понять, как собирается распорядиться своей добычей паук-хозяин. Если он собирается муху завернуть и съесть позже, клептопаразит вскоре незаметно подкрадется к паутине и стащит завернутую еду.

Для паука паутина служит фильтром, позволяющим ловить только мошек размером с паука или немного меньше. Паутина поглощает их кинетическую энергию и импульс. Конструкция паутины такова, что если жертва больше паука, нити рвутся, и это хорошо, иначе уже сам паук может оказаться жертвой.

Когда мошка ударяется о паутину, нити растягиваются, б о льшая часть энергии от соударения остается в паутине. Поэтому мошка не может просто отскочить от растянутой сети. Вдобавок вдоль некоторых нитей ( нитей-ловушек ) размещаются клейкие капельки, помогающие поймать добычу. Они расположены на расстоянии друг от друга, чтобы сам паук мог пройти по нити, не прилипнув к ним. Жертва, прилипшая к капельке, может потрепыхаться, но поскольку нить легко растягивается, у нее нет опоры, от которой можно было бы оттолкнуться, чтобы освободиться от клейкой капли.

В 1831 году в Англии недалеко от Манчестера войска переходили подвесной мост. Видимо, они маршировали в ногу и в фазе с колебаниями моста. Амплитуда колебаний последнего увеличилась, один из болтов, удерживающих мост, сломался, мост рухнул, и большинство солдат упали в воду. С тех самых пор войскам приказано переходить по любому легкому мосту не в ногу. Почему, если маршировать в ногу, можно разрушить мост?

В 2001 году в Лондоне в ознаменование прихода нового тысячелетия был открыт легкий подвесной мост через Темзу, соединяющий галерею современного искусства Тейт-Модерн и набережную у собора Святого Павла. Однако, когда по мосту пошли первые пешеходы, мост «Миллениум», или мост Тысячелетия, как его стали называть, начал так сильно раскачиваться, что некоторые из гуляющих смогли удержаться на ногах, только схватившись за перила. Чем были вызваны эти колебания?

Почему возникают похожие колебания на полу в танцевальном зале или в зале на рок-концерте?

ОТВЕТ •Опасность заключается в том, что, если солдаты маршируют в ногу и частота их шагов совпадает с частотой собственных колебаний моста, эти колебания могут раскачать мост до такой степени, что он разрушится. (Я не утверждаю, что именно это произошло в Манчестере.) А если солдаты шагают вразнобой, частота их шагов уже не синхронизована с частотой колебаний моста, и амплитуда последних не может вырасти.

Когда пешеходы пошли по мосту «Миллениум», каждый из них воздействовал на мост не только силой своего веса, направленной вниз, но и силой, направленной вправо и влево, так как человек при ходьбе слегка покачивается из стороны в сторону. Эти силы малы, но их частота может совпасть с частотой колебаний моста вправо-влево (примерно 0,5 Гц, то есть одно колебание в две секунды). Про такое совпадение частот говорят, что частоты попали в резонанс, а амплитуда колебаний в условиях резонанса стремится возрасти. Это похоже на то, как ребенок на качелях будет раскачиваться все выше и выше, если его толкать в такт с частотой качелей.

Вначале пешеходы на мосту шли вразнобой, моменты их давления на мост были не синхронизованы, и мост лишь слегка покачивался. Но вскоре колебания увеличились настолько, что некоторые пешеходы смогли сохранять равновесие, только подстраиваясь под колебания моста. По мере того, как все больше пешеходов двигалось в такт с мостом, он раскачивался все сильнее, все труднее становилось идти по нему, все больше людей старалось попасть в такт с его колебаниями. В конце концов около 40% пешеходов пошли в ногу, колебания вправо-влево стали значительными и даже возникли колебания моста вверх-вниз. Чтобы избавиться от этого эффекта, инженеры установили устройство, позволяющее поглощать энергию колебаний моста и тем самым уменьшать их амплитуду, и пешеходы перестали по нему ходить в ногу.