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

Сохранять свою целостность способен лишь твердый объект вроде теста для пиццы. Жидкостям и газам это не присуще [62]. Такая разница чрезвычайно полезна при наличии смеси твердых объектов и жидкостей, которые необходимо отделить друг от друга. Работа центрифуги для отжима белья заключается в том, что мокрое белье загружается в барабан, который в процессе вращения толкает мокрое белье внутрь, заставляя вращаться вместе с собой. Но воду, которой пропитано белье, ничто не удерживает. Поскольку ее движение ничем не ограничивается, она может свободно вытекать сквозь поры в материале. Вода будет двигаться по кругу, только если будет отталкиваться внутрь от чего-либо твердого. В противном случае она будет постепенно продвигаться от центра к стенкам барабана, и когда на ее пути встретится в них одно из отверстий, она покинет пределы барабана.

Когда вы раскручиваете какой-либо объект, а затем предоставляете его самому себе, вы сначала оказываете на него тянущее воздействие, направленное внутрь, заставляя его двигаться по кругу, а затем внезапно прекращаете оказывать тянущее воздействие. В результате у объекта нет причины продолжать движение по кругу. Поэтому он начинает двигаться по прямой линии. Этот физический принцип революционизировал средневековые средства ведения войны в Европе и восточной части Средиземноморья, позволив инженерам создавать гигантские осадные орудия, способные разрушать толстые крепостные стены. И я воспользовалась им, участвуя в соревнованиях по метанию резиновых сапог на дальность, правда, не столь эффективно.

Когда мне сообщили о присвоении ученой степени доктора философии, я, безусловно, была на седьмом небе от счастья. Представитель экзаменационной комиссии, сообщивший мне эту радостную весть, улыбнулся и спросил, как я намерена провести остальную часть столь знаменательного для меня дня. Наверное, он рассчитывал услышать, что я закачу шумный банкет в ресторане или нечто в этом роде. Однако он никак не ожидал, что я скажу, что собираюсь отыскать в кембриджширских окрестностях какого-нибудь фермера, который согласился бы одолжить мне одну или две старые шины от колесного трактора. Я объяснила, что придумала оригинальное устройство для метания резиновых сапог, которое намерена соорудить из подручных материалов и подходящего хлама на свалке. Поскольку ближайшие соревнования по метанию резиновых сапог на дальность должны были состояться уже через неделю, времени на изготовление придуманного мною устройства оставалось в обрез и я не намерена была его тратить на такие пустяки, как банкет. Когда экзаменатор выслушал мои объяснения, на его лице появилось выражение недоумения. В конце концов он сделал вид, что ничего у меня не спрашивал, а я, соответственно, ничего не рассказывала. Он предпочел быстро переключиться на обсуждение моих ближайших научных планов. Но то, что я ему сказала, было чистой правдой. К тому времени я уже согласилась стать членом исключительно женской команды, чтобы участвовать в соревнованиях под названием Scrapheap Challenge, суть которых состояла в создании какого-либо оригинального приспособления для метания резиновых сапог. В нашей команде было три человека, очень мало денег и времени. И насколько мне казалось, единственный осуществимый вариант в этих условиях сводился к использованию древней и весьма эффективной технологии – катапульты.

Катапульта – чрезвычайно остроумное приспособление, которое разрабатывалось и совершенствовалось на протяжении многих столетий с участием нескольких цивилизаций: Древний Китай, Византия, древние исламские государства и, наконец, Западная Европа. На рубеже XI–XII веков катапульта выглядела громадным неуклюжим хищником, способным уничтожать крепостные сооружения, считавшиеся неприступными. Катапульта могла метать 100-килограммовые камни на расстояния, измеряемые сотнями метров. Появление осадных орудий наподобие катапульты привело в конечном счете к полному исчезновению такого способа защиты городов, как частокол, укрепленный земляным валом. Единственным средством защиты с тех пор стали массивные каменные стены.

Для меня и моей команды преимущества катапульты оставались такими же, как и в древности: простота с инженерной точки зрения и высокая эффективность с точки зрения достигаемого результата. Строительные леса мы позаимствовали на ближайшей стройке; в контейнере для крупногабаритного мусора, установленном во дворе колледжа, раскопали материалы, необходимые для изготовления пращи; уговорили техников из Кавендишской лаборатории одолжить нам пятиметровую стальную балку, свели все это воедино на одной из игровых площадок колледжа и приступили к работе. К тому времени колледж Черчилля в Кембриджском университете стал для меня родным домом – ведь я провела в нем восемь лет. За это время его персонал успел привыкнуть и ко мне, и к моим изобретениям. Оглядываясь назад, я не перестаю изумляться долготерпению его работников и даже их доброжелательному отношению к сумасбродным идеям, время от времени зарождавшимся в головах студентов. На противоположной стороне игровой площадки, где мы сооружали катапульту, на той же неделе кто-то проверял работу воздушного шара, который они намеревались отправить в стратосферу, подвесив к нему плюшевого медвежонка.

В принципе конструкция катапульты (точнее, ее разновидности, называемой требушет ) очень проста. Вы сооружаете раму, которая создает центр вращения, находящийся на расстоянии 2–3 метров от земли. Затем прикрепляете к ней длинную балку наподобие детских качелей (в виде доски, уравновешенной в центре), но, в отличие от них, ось вращения устанавливается таким образом, чтобы длина балки по одну сторону от нее была гораздо больше длины балки по другую ее сторону. Теперь у вас получилась А-образная рама, которая выглядит так, словно поверх нее положили длинную палку. В исходном положении длинный конец балки касается земли. Вы прикрепляете к нему пращу и укладываете ее на землю под рамой. День, когда мы впервые собрали эту конструкцию, был почти безветренным и солнечным. Одним словом, условия для испытаний были близки к идеальным.

С самого начала мы столкнулись с проблемой. Восхитительная особенность требушета (если, конечно, вы не мишень для камня) в том, что для придания вращения балке (и, соответственно, праще) используется сила земного притяжения. Вы прикрепляете тяжелый груз к короткому концу балки, и, когда отпускаете его, он очень быстро тянет вниз ее короткий конец. Вся балка начинает вращаться вокруг оси, описывая в воздухе вертикальный круг; праща также вращается вместе с другим концом балки. В результате создается очень быстрое вращение, а метательный снаряд в праще вращается вокруг оси, поскольку со стороны пращи на него воздействует тянущая сила, направленная внутрь. Поначалу процесс развивался так, как и должен. Наша первая задача состояла в том, чтобы добраться до этого момента, но нам не удавалось найти достаточно большой груз, который привел бы весь механизм в действие. Я предложила себя в качестве такого груза, однако мой вес оказался недостаточным. Мы пришли в замешательство. В тот вечер я выплеснула все накопившееся раздражение на нескольких друзей, которые предложили мне съесть побольше пирожных, чтобы срочно набрать вес. Затем кто-то из них выдвинул идею утяжелить вес, надев снаряжение аквалангиста. Она показалась мне разумной. На следующий день я надела десятикилограммовый утяжеляющий пояс, которым обычно пользуются аквалангисты, и мы повторили попытку. На этот раз эксперимент удался на славу. Я качнулась под ось, а праща качнулась в противоположную сторону, оказавшись над осью. Механизм требушета обеспечивал вращение. Теперь настал момент сделать следующий шаг.