Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

Многие из нас завидуют астронавтам, которые за время пребывания на борту космического корабля получают незабываемые впечатления: могут наблюдать нашу прекрасную планету из космоса, проводить потрясающие научные эксперименты и даже выходить в открытый космос, а после возвращения на Землю рассказывать всевозможные забавные истории из жизни обитателей космической станции и выслушивать слова восхищения в адрес обладателей самой необычной и трудной профессии в мире, доступной лишь немногим избранным. Но спросите у людей, в чем основная причина такой зависти, и чаще всего услышите в ответ: невесомость. Возможность свободно плавать в пространстве, где отсутствуют такие понятия, как «верх» и «низ», и где вы не испытываете чувства тяжести своего тела, как правило, приводит людей в восторг. Именно поэтому людям прежде всего кажется странным, что в процессе подготовки астронавтов так много внимания уделяется решению обратной проблемы: умению справляться с воздействием на человеческий организм сил, намного превосходящих силу земного притяжения. Единственный (по крайней мере на данный момент) способ доставить человека в космос – это усадить его в ракету, которая способна преодолеть силу гравитации за счет движения с огромным ускорением. Еще более сложную проблему приходится решать при возвращении космического корабля на Землю: его вхождение в земную атмосферу может создавать силы, в четыре-восемь раз превосходящие силу гравитации. С воздействием примерно аналогичных сил приходится справляться пилоту современного истребителя, совершающего фигуры высшего пилотажа на огромной скорости. Если во время подъема в скоростном лифте вы испытываете легкий приступ тошноты, можно с уверенностью сказать, что профессии военного летчика и астронавта не для вас. В зависимости от направления дополнительных сил ускорения происходит либо резкий прилив крови к мозгу, либо резкий ее отток от мозга, причем порой и тот, и другой настолько сильные, что могут разрушить мельчайшие кровеносные сосуды (капилляры), пронизывающие кожу человека. Последствия подобного разрушения бывают не самыми приятными. Но люди способны не только пережить воздействие таких сил, но и работать при этом. Именно эти испытания выпадают на долю астронавтов при возвращении космического корабля на Землю. И чтобы астронавты с честью их преодолевали, необходимы упорные и продолжительные тренировки на земле.

Все нынешние астронавты и космонавты проводят много времени в Центре подготовки космонавтов имени Юрия Гагарина, расположенном в Звездном городке на северо-востоке от Москвы. Среди многочисленных лекционных залов, помещений с медицинским оборудованием и макетов космических кораблей вы обнаружите центрифугу ЦФ-18. Из центра огромного круглого зала тянется 18-метровая стрела центрифуги. Капсулу, закрепленную на конце стрелы, можно заменять в зависимости от того, что испытывается в том или ином случае. Тест, который предстоит пройти кандидату на полет в космос, сводится к следующему: его усаживают в капсулу центрифуги, после чего стрела начинает вращаться со скоростью один оборот за каждые две или четыре секунды. Такая скорость вращения на первый взгляд не слишком впечатляет, но, выполнив несложные подсчеты, можно выяснить, что сама капсула при этом движется по кругу со скоростью либо 190, либо 95 километров в час. Как только станет понятно, что кандидат на полет в космос способен выдержать такие условия, ему предлагают выполнять в них ту или иную работу. При этом непрерывно отслеживается состояние его организма. Тестирование на центрифуге проходят не только будущие космонавты, но и будущие летчики-испытатели, а также летчики современных истребителей. На центрифуге может попробовать свои силы любой желающий – если, конечно, в состоянии выложить за это кругленькую сумму. Следует лишь иметь в виду, что испытание на центрифуге вызывает не самые приятные ощущения. А если точнее, то очень неприятные. Но если вы хотите проверить себя на прочность воздействием очень большой силы, то лучшего способа, чем испытание на центрифуге, не найти.

Центрифуга – один из способов применения сил, создаваемых вращением. Она позволяет сгенерировать очень большую силу, действующую в одном направлении и рассматриваемую как искусственная гравитация. Но существует и второй способ применения сил, возникающих при вращении. И помешиваемый ложечкой чай, и велосипедист на велотреке, и астронавт в центрифуге помещены в довольно жесткие рамки: все они двигались лишь по кругу, поскольку для них был воздвигнут прочный барьер, отталкивающий их в обратную сторону и не позволяющий вырваться за его пределы. Но что, если при вращении вовне нет ничего такого, что могло бы принуждать вас двигаться по строго фиксированному круговому пути? Вот довольно типичный сценарий. Мячи для игры в регби, вращающиеся волчки и «летающие тарелки» вращаются без воздействия какой-либо внешней силы, толкающей их внутрь. Давайте рассмотрим это на примере чего-нибудь хорошо знакомого и съедобного, скажем пиццы.

На мой взгляд, у идеально приготовленной пиццы должно быть тонкое и хрустящее основание – жизненно важный, но зачастую недооцениваемый фундамент, который придает особенно привлекательный и аппетитный вид ее начинке. Заготовка для пиццы имеет вид круглого комка хорошо вымешанного теста. Чтобы сделать из него тонкий лист, не порвав, требуется незаурядное мастерство. Более того, многие превращают его в подлинное искусство, а процесс приготовления основы для пиццы принимает вид некоего театрального действа. Повара, специализирующиеся на приготовлении пиццы, освоили чрезвычайно зрелищный прием, положившись на свойства вращения. Зачем вручную раскатывать комок сырого теста, если можно задействовать один из фундаментальных законов физики – особенно когда летающий диск из теста создает вокруг вас мистический ореол кулинара-кудесника!

Подбрасывание и верчение комка теста превратилось в своего рода спортивное состязание – сейчас даже проводят ежегодные чемпионаты мира по жонглированию тестом для пиццы. Более того, даже появились люди, которые называют себя пицца-акробатами. Они проделывают с заготовкой для пиццы (или даже с двумя) всевозможные трюки: в течение нескольких минут подбрасывают ее высоко в воздух, ловят на лету, вращают на пальце, прокатывают вокруг собственного тела и даже демонстрируют всевозможные приемчики в положении вверх ногами и опираясь лишь на одну руку. Вряд ли кто-то отведает пиццу, претерпевающую столько манипуляций, но само по себе зрелище производит неизгладимое впечатление. Однако рядовые мастера не работают на публику: им достаточно непродолжительного вращения заготовки из теста, чтобы получить очень тонкий лист, который послужит основой для превосходной на вид и аппетитной пиццы. Какова же роль вращения в создании тонкого листа из теста?